２流体混合装置
【課題】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に留めることができ、液体に気体を大量に溶け込ませる装置を簡便安価に実現できること。
【解決手段】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、液体側の渦の力に依存せしめる。即ち、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、セラミック円筒１１の孔から出かかっている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。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して、液体の流れが乱流となり、細かい渦が気泡の表面張力を打ち破り、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ようにした。
【解決手段】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、液体側の渦の力に依存せしめる。即ち、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、セラミック円筒１１の孔から出かかっている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。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して、液体の流れが乱流となり、細かい渦が気泡の表面張力を打ち破り、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ようにした。
【考案の詳細な説明】
【産業上の利用分野】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あり、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。
【従来の技術】 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。
【考案の実施例】 第３図は本考案の実施例である。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の隙間ロに、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。
第４図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２６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。
第５図は、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、第６図は、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。
【考案の効果】 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。この考案により、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。
【図面の簡単な説明】
【第１図】本考案の基本構造を示す図である。
１微細孔 ６筒
２流体A入口 ７流体A供給装置
３セラミック製の筒 ８流体B供給装置
４流体B入口 ９流体A
５AB混合流体出口 １０流体B
【第２図】本考案の基本原理を示す図である。
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
【第３図】本考案の実施例を示す図である。
１３オゾン製造装置 １９水入口
１４ポンプ ２０水槽
１５パイプ ２１水ポンプ
１６セラミック製円筒 ２２オゾン水吐出孔
１７オゾン入口 ２３隙間（水の流路）
１８金属製円筒
【第４図】本考案の別な実施例を示す図である。
２４空気ポンプ ２９水入口
２５パイプ ３０水道
２６セラミック製円筒 ３１吐出孔
２７空気入口 ３２隙間（水の流路）
２８金属製円筒 ３３水槽
【第５図】本考案の別な実施例を示す図である。
３４セラミック製円筒 ３８セラミック製円筒連結管
３５外側円筒 ３９外側円筒連結管
３６気体供給装置
３７供給装置
【第６図】本考案の別な実施例を示す図である。
４０セラミック製円筒
４１螺旋状突起を有する外側円筒
【産業上の利用分野】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あり、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。
【従来の技術】 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。
【考案の実施例】 第３図は本考案の実施例である。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の隙間ロに、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。
第４図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２６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。
第５図は、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、第６図は、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。
【考案の効果】 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。この考案により、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。
【図面の簡単な説明】
【第１図】本考案の基本構造を示す図である。
１微細孔 ６筒
２流体A入口 ７流体A供給装置
３セラミック製の筒 ８流体B供給装置
４流体B入口 ９流体A
５AB混合流体出口 １０流体B
【第２図】本考案の基本原理を示す図である。
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
【第３図】本考案の実施例を示す図である。
１３オゾン製造装置 １９水入口
１４ポンプ ２０水槽
１５パイプ ２１水ポンプ
１６セラミック製円筒 ２２オゾン水吐出孔
１７オゾン入口 ２３隙間（水の流路）
１８金属製円筒
【第４図】本考案の別な実施例を示す図である。
２４空気ポンプ ２９水入口
２５パイプ ３０水道
２６セラミック製円筒 ３１吐出孔
２７空気入口 ３２隙間（水の流路）
２８金属製円筒 ３３水槽
【第５図】本考案の別な実施例を示す図である。
３４セラミック製円筒 ３８セラミック製円筒連結管
３５外側円筒 ３９外側円筒連結管
３６気体供給装置
３７供給装置
【第６図】本考案の別な実施例を示す図である。
４０セラミック製円筒
４１螺旋状突起を有する外側円筒
【実用新案登録請求の範囲】
第１図に示すように、
【請求項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。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
第１図に示すように、
【請求項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。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【請求項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、請求項１記載の２流体混合装置。
【図１】 
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【登録番号】実用新案登録第３０７７４１７号（Ｕ３０７７４１７）
【登録日】平成１３年２月２１日（２００１．２．２１）
【発行日】平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【考案の名称】２流体混合装置
【国際特許分類】
【評価書の請求】有
【出願番号】実願２０００−７８２６（Ｕ２０００−７８２６）
【出願日】平成１２年１１月１日（２０００．１１．１）
【出願人】（３０００７２２７７）株式会社発明工房 (2)
【登録日】平成１３年２月２１日（２００１．２．２１）
【発行日】平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）
【考案の名称】２流体混合装置
【国際特許分類】
【出願番号】実願２０００−７８２６（Ｕ２０００−７８２６）
【出願日】平成１２年１１月１日（２０００．１１．１）
【出願人】（３０００７２２７７）株式会社発明工房 (2)
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