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気体溶解装置
説明

気体溶解装置

【課題】気泡は互いに連結して大きな気泡や空気溜まりとなることで、大きな気泡や空気溜まりが形成されると、気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなってしまいまた、大きな気泡や空気溜まりが気体溶解装置から流出されてしまうことのない気体溶解装置を提供する。
【解決手段】筒状体2をその中心軸イが水平方向ロに対して傾斜するように配置し、筒状体2の略円筒状をした側壁部21の中間部に気体貯留部41と液体貯留部42の界面40を位置させ、筒状体2の側壁部21の気体貯留部41の位置する部分に噴射口31を設け、筒状体2の液体貯留部42の下端部近傍に筒状体2内の液体を流出させる流出口32を設け、上記略円筒状をした側壁部21の中心軸イに略沿うように該側壁部21の長手方向において噴射口31から流出口32に至る棒状の長尺部材8を設けた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気液溶解装置に関し、詳しくは例えば微細気泡を発生させる浴槽装置や、養殖での酸素補給・池や沼の水浄化(汚泥浮上)に利用される気液溶解装置の構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、気体溶解タンクを備え、この気体溶解タンク内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置が知られているが(例えば特許文献1参照)、このような気体溶解タンクは設置スペースをとるため、小型の気体溶解装置が考案されている。
【0003】
これは、略円筒状の筒状体を流路の途中に備えたもので、筒状体内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させることができ、上記気体溶解タンクのような大掛かりなタンクを必要とせず省スペース化が図られるものであった。
【0004】
ところで、このような筒状体を備えた気体溶解装置にあっては、気泡は互いに連結して大きな気泡や空気溜まりとなり易く、大きな気泡や空気溜まりが形成されると、気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなってしまい、また、大きな気泡や空気溜まりが気体溶解装置から流出されてしまう、という問題があった。
【特許文献1】特開2004−290803号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気泡は互いに連結して大きな気泡や空気溜まりとなることで、大きな気泡や空気溜まりが形成されると、気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなってしまいまた、大きな気泡や空気溜まりが気体溶解装置から流出されてしまうことのない気体溶解装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために請求項1に係る発明にあっては、両端が閉塞された略円筒状の筒状体2を備え、筒状体2内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体2内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置1であって、筒状体2をその中心軸イが水平方向ロに対して傾斜するように配置し、筒状体2の略円筒状をした側壁部21の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面40を位置させ、筒状体2内の界面40より上側の部分を気体貯留部41とすると共に界面40より下側の部分を液体貯留部42とし、筒状体2の側壁部21の気体貯留部41の位置する部分に気液混合流体を筒状体2内に噴射するための噴射口31を設け、筒状体2の液体貯留部42の下端部近傍に筒状体2内の液体を流出させる流出口32を設け、上記略円筒状をした側壁部21の中心軸イに略沿うように該側壁部21の長手方向において噴射口31から流出口32に至る棒状の長尺部材8を設けて成ることを特徴とするものである。
【0007】
このように、気泡や空気溜まりが形成され易い略円筒状の側壁部21の中心軸イに長尺部材8を配設したことで空気溜まりが形成されるスペースが小さくなるかあるいはなくなり、気泡が連結して大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなって、気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなるのが防止され、また、大きな気泡や空気溜まりが流出口32から流出されるのを防止することができる。
【0008】
また、請求項2に係る発明にあっては、請求項1に係る発明において、長尺部材8の長手方向が略円筒状の側壁部21の中心軸イから傾斜するように配置して成ることを特徴とするものである。
【0009】
このような構成とすることで、側壁部21の中心軸イ回りに旋回する際にも攪拌されることとなり、中心軸イの部分に大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなる。
【0010】
また、請求項3に係る発明にあっては、請求項1又は2に係る発明において、長尺部材8を内部に空洞部を有する中空部材で形成し、該長尺部材8の液体貯留部42に位置する部分に内部の空洞部に連通する空気流入口81を形成すると共に、長尺部材8の気体貯留部41に近接する部分に内部の空洞部に連通する空気流出口82を形成して成ることを特徴とするものである。
【0011】
このような構成とすることで、溶解しきれなかった大きな気泡や空気溜まりは長尺部材8を介して気体貯留部41内に戻され、大きな気泡や空気溜まりが筒状体2の流出口32から流出されるのがより一層防止される。
【0012】
また、請求項4に係る発明にあっては、請求項1乃至3のいずれか一項に係る発明において、噴射口31に先細のノズルを取り付けるかあるいは噴射口31の形状を筒状体2内方へ向かう程断面積が小さくなるように絞った形状として成ることを特徴とするものである。
【0013】
このような構成とすることで、噴射口31から噴射される気液混合流体の流速を速めることができて、混合攪拌の効率をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明にあっては、気泡や空気溜まりが形成され易い略円筒状の側壁部の中心軸に長尺部材を配設したことで、空気溜まりが形成されるスペースが小さくなるかあるいはなくなり、気泡が連結して大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなり、大きな気泡や空気溜まりが形成されて気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなってしまうのが防止され、また、大きな気泡や空気溜まりが流出口から流出されるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の一実施形態について図1乃至図3に基いて説明する。本発明の気体溶解装置は、例えば浴槽水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に用いられたりするもので、以下に微細気泡発生装置を設けた浴槽装置の例について説明する。
【0016】
図3に微細気泡発生装置を設けた浴槽装置の全体構成を示す。これは、浴槽61の内側面に吸込口62と吐出口63とが設けてあり、浴槽11のフランジ部に空気吸込口64が設けてある。吸込口62は接続管65を介してポンプ66の吸い込み側に接続され、ポンプ66の吐出側は流入管51を介して気体溶解装置1の吸込側の噴射口31に接続されている。ポンプ66は遠心ポンプを利用したもの等が用いられるが特に限定されない。気体溶解装置1の吐出側の流出口32は流出管52を介して圧力開放部となるベンチュリ70の一端に接続され、ベンチュリ70の他端は接続管71を介して浴槽61の側面に設置された上記吐出口63に接続されている。気体が溶解した湯水が吐出口63より浴槽61の浴水中に吐出されると、浴水中で溶解気体が析出して微細気泡が発生するものである。なお、図中67は流入管51の途中と逆止弁68との間に接続される空気流路となる接続管、69は空気吸込口64と逆止弁68との間に接続される空気流路となる接続管である。
【0017】
気体溶解装置1は、断面円形の直筒状をした側壁部21と、前記側壁部21の両側の端部を閉塞する端壁部22とからなる筒状体2で主体が構成される。筒状体2は、長手方向すなわち略円筒状をした側壁部21の中心軸イ(図1一点鎖線)が水平方向ロ(図1矢印)に対してθ(本実施形態では10〜45°)傾斜する姿勢で配置される。そして、傾斜した筒状体2は、上方側の端部が上流側Aの端部となると共に下方側の端部が下流側Bの端部となり、上流側Aに気液混合流体を筒状体2内に噴射するための噴射口31を形成すると共に下流側Bに液体を筒状体2内から流出する流出口32を形成してある。
【0018】
筒状体2内には、溶質となる例えば空気等の気体と、溶媒となる例えば水等の液体とが貯留されるもので、略円筒状をした側壁部21の上下方向の略中央付近に前記気体と液体との界面40が位置し、界面40より上部の上流側Aの部分が気体が貯留される気体貯留部41となると共に、界面40より下部の下流側Bの部分が液体が貯留される液体貯留部42となる。上記噴射口31は、気体貯留部41の内壁面(界面40より上流側Aの側壁部21または端壁部22の内壁面)か、界面40の位置か、あるいは界面40より若干下側の液体貯留部42の内壁面(界面40より下流側Bの側壁部21の内壁面)に形成され、流出口32は、液体貯留部42の端部付近の内壁面(界面40より下流側Bの側壁部21または端壁部22の内壁面)に形成される。本実施形態では、噴射口31は界面40より若干下側の液体貯留部42の上端付近の底面、すなわち側壁部21の液体貯留部42の上流側Aの端部付近の内面、すなわち筒状体2の長手方向に垂直な断面において左右中央部の下端底部に形成されている。そして、この噴射口31に流入管51の端部が接続されるもので、本実施形態では、図1、図2に示すように前記噴射口31に流入管51の端部が該噴射口31が形成されている側壁部21の内壁面に対して略垂直に接続されている。
【0019】
また本実施形態では、流出口32は液体貯留部42の下流側Bの端部付近の上向きとなった底面に形成され、この流出口32に流出管52の端部が接続されている。
【0020】
また筒状体2の側壁部21には、弁(図示せず)を設けた空気抜き口33が形成してあり、この空気抜き口33の位置が上記気体貯留部41に貯留される気体と液体貯留部42に貯留される液体の界面40のレベルとなる。
【0021】
そして、上述した略円筒状をした側壁部21の中心軸イに略沿うように、この側壁部21の長手方向において噴射口31から流出口32に至る棒状の長尺部材8を設けてある。噴射口31から噴射された気液混合流体にあっては、気泡は互いに連結して大きな気泡や空気溜まりとなってしまうが、空気溜まりが形成され易い略円筒状の側壁部21の中心軸イに長尺部材8を配設したことで空気溜まりが形成されるスペースが小さくなるかあるいはなくなり、気泡が連結して大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなるものである。
【0022】
この気体溶解装置1の作用について説明する。
【0023】
筒状体2内には、液体貯留部42に液体が貯留されると共に気体貯留部41に気体が貯留されており、噴射口31から前記筒状体2内に貯留されているのと同じ液体および気体が混合した気液混合流体が噴射される。噴射口31は、上述したように界面40より若干下側の液体貯留部42の上端付近の底面に形成されているため、噴射口31から噴射される気液混合流体は液体貯留部42に貯留されている液体によって勢いを大きく減殺されることなく噴射されて、噴射口31と対向する側壁部21の上側の内壁面に衝突し、この内壁面で跳ね返って界面40にて液体貯留部42に貯留されている液体に衝突して攪拌される。また液体貯留部42に貯留されている液体は、前記のように気液混合流体が界面40に衝突して攪拌される他に、噴射口31から筒状体2内に噴射される気液混合流体によって攪拌される。
【0024】
気液混合流体の側壁部21の内壁面との衝突や界面40での衝突による攪拌、噴射される際の液体の攪拌等により、筒状体2内に貯留している気体および液体、気液混合流体中の気体および液体が混合され、気体の液体への溶解が促進される。すなわち、混合攪拌によるせん断により、液体に混合している気泡(気体)が細分化されて、液体と接する総表面積が大きくなるのに加えて、液体の気体との界面付近における気体の溶解濃度が混合攪拌による均一化により低減されて、気体の液体への溶解速度が上昇するため、気体の液体への溶解が促進される。
【0025】
気体の溶解が進行した液体は筒状体の液体貯留部42に貯留されるが、貯留されている液体には未溶解の気泡も数多く混合し、このような気泡は上方へ行くほど密に存在しており、液体貯留部42の下端部近傍では気泡はあまり存在せず、大きな気泡は殆ど存在しない。そして、気体の溶解が進行して大きな気泡が殆ど存在しない液体貯留部42の下端部の液体を流出口32から筒状体2外に流出させる。
【0026】
このように、気体溶解装置1の筒状体2をその側壁部21の中心軸イが水平方向ロに対して傾斜する姿勢で配置してあるため、気体と液体との界面40の面積を大きく取って混合攪拌の効率を向上させることができると共に、液体貯留部42に貯留している液体の深さを深くして気泡が筒状体2外に流出するのを抑えることができる。すなわち、筒状体2をその長手方向が水平となるように配置する場合は、気体と液体との界面40が長手方向の全域に亘って形成されて界面40の面積が大きくなるものの、液体貯留部42に貯留している液体の深さは筒状体2の半径程度となるため、液体に大きな気泡が多数存在する状態で流出されてしまい、好ましくなく、また、同じ筒状体2をその長手方向が鉛直となるように配置する場合は、液体貯留部42に貯留している液体の深さが筒状体2の長手方向の半分程度と深くなるものの、気体と液体との界面40が筒状体2の断面積程度にしか形成されないため、混合攪拌の効率が低く好ましくないが、上述したように筒状体2を傾斜させることによって、前記両者の長所を保ちつつ短所を補うことができるものである。
【0027】
これにより、上述した混合攪拌の効率の向上および大きな気泡の流出防止を、略円筒状をした筒状体2を傾斜させるだけで達成することが可能となって、構成が簡単で製造が容易に行なわれるため製造コストの上昇を招くことがなく、また、装置の複雑化や大型化を招くことがないため省スペース化を図ることができるものである。
【0028】
そして本発明におけるように、長尺部材8を設けたことで、大きな気泡や空気溜まりが形成されることで気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなってしまうのが防止され、また、大きな気泡や空気溜まりが流出口32から流出される、といったことを防止することができる。
【0029】
また、図4に示す実施形態のように、噴射口31を、筒状体2の長手方向に垂直な断面において、左右中央部の下端から左右にオフセットした(ずれた)位置に形成し、上方に向けて気液混合流体が噴射されるようにしたものにおいて長尺部材8を配設してもよい。噴射口31から噴射された気液混合流体が筒状体2の左右一方側の内壁面に沿って旋回する旋回流となり、気体(気泡)は遠心力で側壁部21の中心軸イに集まり易いが、長尺部材8を配設することで、空気溜まりが形成されるスペースが小さくなるかあるいはなくなり、気泡が連結して大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなるものである。これにより、長尺部材8を設けたことで、大きな気泡や空気溜まりが形成されることで気体と液体との接触面積が小さくなって気体の液体への溶解速度が遅くなるのが防止され、また、大きな気泡や空気溜まりが流出口32から流出される、といったことを防止することができる。
【0030】
また、図5に示す実施形態のように、長尺部材8の長手方向を略円筒状の側壁部21の中心軸イから若干傾斜させてもよい。本実施形態では中心軸イに対して上流側Aの端部が上方に、下流側Bの端部が下方に傾斜させている。これにより、側壁部21の中心軸イ回りに旋回する際にも攪拌されることとなり、中心軸イの部分に大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなる。
【0031】
また更に、図5に示すように長尺部材8を内部に空洞部を有する中空部材で形成し、この長尺部材8の流出口32に近接する部分に内部の空洞部に連通する空気流入口81を形成すると共に、長尺部材8の噴射口31に近接する部分に内部の空洞部に連通する空気流出口82を形成してもよい。
【0032】
長尺部材8により大きな気泡や空気溜まりが形成され難くなるものの若干形成されることがあるが、形成された大きな気泡や空気溜まりは前記空気流入口81より長尺部材8内に流入し、上方へと移動して空気流出口82より流出する。これにより、溶解しきれなかった大きな気泡や空気溜まりは長尺部材8を介して気体貯留部41内に戻され、大きな気泡や空気溜まりが筒状体2の流出口32から流出されるのがより一層防止される。
【0033】
また、図5に示すように、噴射口31に既知のノズル、例えば先細のノズルを係合して取り付けたり、噴射口31の形状を筒状体2内方へ向かう程断面積が小さくなるように絞った形状としてもよい。これにより、噴出口31からの噴出方向を容易に変えることが可能であり、また、気液混合流体の流速も変えることができる。そして、噴射口31から噴射される気液混合流体の流速を速めることで、混合攪拌の効率をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の気体溶解装置の一実施形態の斜視図である。
【図2】同上の実施形態の断面図を示し、(a)は長手方向に沿った縦断面図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図3】気体溶解装置を備えた浴槽装置の全体構成図である。
【図4】他の実施形態の気体溶解装置の長手方向に垂直な面における断面図である。
【図5】更に他の実施形態の気体溶解装置の断面図を示し、(a)は長手方向に沿った縦断面図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。
【符号の説明】
【0035】
1 気体溶解装置
2 筒状体
21 側壁部
31 噴射口
32 流出口
33 空気抜き口
40 界面
41 気体貯留部
42 液体貯留部
51 流入管
52 流出管
8 長尺部材
A 上流側
B 下流側
イ 中心軸
ロ 水平方向

【特許請求の範囲】
【請求項1】
両端が閉塞された略円筒状の筒状体を備え、筒状体内に気体と液体とを貯留すると共に、筒状体内に気体と液体とが混合した気液混合流体を噴射して攪拌させることで気体を液体に溶解させる気体溶解装置であって、筒状体をその中心軸が水平方向に対して傾斜するように配置し、筒状体の略円筒状をした側壁部の中間部に内部に貯留される気体と液体の界面を位置させ、筒状体内の界面より上側の部分を気体貯留部とすると共に界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体の側壁部の気体貯留部の位置する部分に気液混合流体を筒状体内に噴射するための噴射口を設けると共に、筒状体の液体貯留部の下端部近傍に筒状体内の液体を流出させる流出口を設け、上記略円筒状をした側壁部の中心軸に略沿うように該側壁部の長手方向において噴射口から流出口に至る棒状の長尺部材を設けて成ることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項2】
長尺部材の長手方向が略円筒状の側壁部の中心軸から傾斜するように配置して成ることを特徴とする請求項1記載の気体溶解装置。
【請求項3】
長尺部材を内部に空洞部を有する中空部材で形成し、該長尺部材の液体貯留部に位置する部分に空洞部に連通する空気流入口を形成すると共に、長尺部材の気体貯留部に位置する部分に空洞部に連通する空気流出口を形成して成ることを特徴とする請求項1又は2記載の気体溶解装置。
【請求項4】
噴射口に先細のノズルを取り付けるかあるいは噴射口の形状を筒状体内方へ向かう程断面積が小さくなるように絞った形状として成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の気体溶解装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−313465(P2007−313465A)
【公開日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−147397(P2006−147397)
【出願日】平成18年5月26日(2006.5.26)
【出願人】(000005832)松下電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】