気液混合装置及び気液混合方法
【課題】
気体導入量を制御することで、気液混合装置に導入する気体の導入量を増加させ、気液混合効率を高めることができる気液混合装置を提供する。
【解決手段】
液体を導入する導入経路２０３ａと細管経路２０４ａと導出経路２０５ａと前記細管経路２０５ａと接続された気体導入配管２０１と気体の導入量を制御する気体導入制御部２０２とを備えた気液混合装置を用い、気体と液体を導入中に気体導入制御部２０２により一時的に気体の導入を停止または導入量を低下することで液体にキャビテーションを発生させ、その後、気体の導入を再開、または導入量を増加させることで、気液混合効率を向上させる。
気体導入量を制御することで、気液混合装置に導入する気体の導入量を増加させ、気液混合効率を高めることができる気液混合装置を提供する。
【解決手段】
液体を導入する導入経路２０３ａと細管経路２０４ａと導出経路２０５ａと前記細管経路２０５ａと接続された気体導入配管２０１と気体の導入量を制御する気体導入制御部２０２とを備えた気液混合装置を用い、気体と液体を導入中に気体導入制御部２０２により一時的に気体の導入を停止または導入量を低下することで液体にキャビテーションを発生させ、その後、気体の導入を再開、または導入量を増加させることで、気液混合効率を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体と液体を混合させ、気液混合体を発生させる気液混合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、気液混合装置は浄水処理、洗浄、医療、化学、製造プロセスなど様々な分野で適用され、注目を集めている。この気液混合装置には、配管内に液体を循環させ、循環中の液体に気体を導入して混合させる気液混合装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１は、流動する液体に気体を導入するために必要な負圧を発生させ、気体の導入を行うことが可能なベンチュリー型の気液混合装置を開示している。この気液混合装置は、導入部、細管部、導出部から構成され、細管部には、外部空間と連通する気体導入口が開設されている。ベルヌーイの定理からわかるように、細管部の液体の流速は増加し、静圧が減少する。このため、流動する液体の静圧は負圧になり、気体導入口を介して外部空間から細管部へ向かい気体が吸引される。その後、導入された気体と液体が混合され、気液混合体として導出部から導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1の気液混合装置を用い、高い気液混合率で液体中に気体を溶解させるためには、気液混合装置の気体の吸引力を増加させるため、液体に負圧を形成させキャビテーションを発生させる必要があった。このため、流動する液体は比較的速い流速が必要となり、液体を圧送するための大型ポンプなどの装置を設けなければいけなかった。この結果、従来の気液混合装置は小型機器に搭載することが困難であり、また、大量なエネルギーを必要とする問題や高コストといった問題が内在していた。
【０００６】
また、気液混合装置を長時間使用した際、気液混合装置に与えられる振動、または流動する液体や気体に含まれるごみなどの影響で、気液混合装置内の圧力が変化し、発生した液体のキャビテーションが消滅してしまうことがある。この場合、気液混合装置の気体の吸引力が低下し、効率的な気液混合が維持できないといった問題があった。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は気液混合効率の向上、または高い気液混合効率の復元が可能なため気液混合装置及び気液混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気液混合方法は、液体を導入させる導入経路と、前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路より径の小さな細管経路と、前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路より径の大きな導出経路と、前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入する気体導入配管と、前記気体導入配管の気体の導入を制御する気体導入制御手段とを備えた気液混合装置に対して、気体と液体を導入中に、前記気体導入制御部にて気体の導入量を低下させた後に気体の導入量を増加させる気体吸引量増加制御を行う。
【０００９】
このため、気体の吸引力が小さい気液混合装置または長時間利用し、気体の吸引力が低下した気液混合装置の吸引力を復元させることができるため、気体の導入量を増加させ気液混合効率を高めることが可能である。
【００１０】
本発明に係る気液混合装置は液体を導入する導入経路と、前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路に比べて小さな径を有する細管経路と前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路に比べて大きな径を有する導出経路と、前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入させる気体導入配管とを備え、前記気体導入配管の気体導入量を制御する気体導入制御手段と、前記気体導入制御手段の時間的な制御が可能な時間制御手段が設けられている。
【００１１】
このため、長期間使用することで、気液混合装置内の気体の圧力または気体の流量が変化することがあるが、気体の導入量を時間に応じて制御することが可能なため、気液混合装置の低下した吸引力を復元させ気液混合効率を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な装置にて気液混合装置に対する気体の導入量の増加または気体導入量を復元することができるため、気液混合効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る気液混合装置のブロック図である。
【図２】本発明に係るエゼクタの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の動作方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図５】(ａ)気液混合装置の実験に使用した実験条件の表である。（ｂ）気液混合装置の実験結果図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る気液混合装置のブロック図である。
【図７】（ａ）本発明に係る流量計を備えた気液混合装置のブロック図である。（ｂ）本発明に係る圧力計を備えた気液混合装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第３の動作方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第３の動作方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
本発明に係る第１の気液混合装置について、図１に基づいて説明する。図１は本発明に係る気液混合装置１００を示したブロック図である。気液混合装置１００は、導入される気体と液体を混合するエゼクタ１０１と気液混合装置１００に導入する気体を発生する気体発生器１０２とを備えている。
【００１５】
エゼクタ１０１は、気体を導入する気体導入口と液体を導入する液体導入孔と気体と液体を混合して導出する導出口を備えている。気体導入口は気体導入制御部１０４を備えたホース、パイプなどの配管系からなる気体導入配管１０３と接続され、エゼクタ１０１に導入される気体の流量を制御することが可能である。また、液体導入口はポンプなどにより構成された圧送部１０５などと配管系を介して接続され、液体が導入される。導入された気体と液体はエゼクタ１０１で混合され、液体または気液混合体などの流体が導出される。ここで気体導入制御部１０４は図１では気体導入配管１０３に設けられているが、気体発生器１０２に設けられていてもよく、エゼクタ１０１に対して導入する気体の流量を制御することができる構成であれば、どの位置に設けられていてもよい。
【００１６】
ここで、気体導入制御部１０４は気体導入弁などから構成される。例えば気体導入弁を電子弁として構成し、弁の開閉を電気的なスイッチにより制御できる構成としてもよい。
【００１７】
また、気体導入制御部１０４は時間制御手段を有しており、気体導入制御部による気体導入量の制御を時間に応じて適宜制御することが可能な構成としてもよい。時間的な制御とは一定時間毎に動作をするように制御されたタイマー制御や、あらかじめプラグラムされた時刻に動作をするように制御することが可能な手段を示す。なお、時間制御手段は気体導入制御部１０４に含めた構成にする必要はなく、独立した時間制御手段を気体導入制御部と接続した構成としてもよい。
【００１８】
気体発生器１０２は、気体導入配管１０３を介してエゼクタ１０１に接続され、発生した気体をエゼクタ１０１に対して導入する。ここで、発生する気体は、例えば殺菌性の高いオゾンガスなどである。その他、洗浄または浄水効果のある酸素ラジカル、ＯＨラジカル、などを発生させても構わない。また、気体発生器１０２は気液混合効率を高めるため、エゼクタ１０１の近傍に設けることがよい。
【００１９】
次に本発明に係るエゼクタの一実施形態について説明する。図２はエゼクタ２００の断面図であり、矢印Ａ１は気液混合装置２００に導入する液体の流れを示し、矢印Ａ２は気液混合装置２００に導入する気体の流れを示し、矢印Ａ３は気液混合装置２００から導出する気体、液体または気液混合体などの流体の流れを示す。
【００２０】
図２に示されるエゼクタ２００は気体を導入する気体導入配管２０１と気体の導入量を制御する気体導入制御部２０２を備え、ＡＡ‘端は液体を流動する図示しない配管系と接続され、ＢＢ‘端は液体または気液混合体を含む流体を流動する図示しない配管系と接続されている。
【００２１】
また、エゼクタは導入経路２０３ａを有する導入部２０３と、導入経路２０３ａと連通する細管経路２０４ａを有する細管部２０４と、細管経路２０４ａと連通する導出経路２０５ａを有する導出部２０５を有している。細管経路２０４ａの断面積は導入経路２０３ａ及び導出経路２０５ａの断面積に比べ小さな円柱状の形状をしている。細管経路２０４ａに連通された導出経路２０５ａの断面積は気液混合体の流動する方向に徐々に大きくなる形状をしている。ここで、導出経路２０５ａの形状は図２に示されるような円錐状の形状にしてもよく、段階的に断面積を大きくした形状にしてもよい。
【００２２】
細管経路２０４ａの側面は気体導入口２０６が開設され、気体導入制御部２０２が設けられた気体導入配管２０１を介して、気体発生器などと接続される。
【００２３】
また、導入部２０３と接続された細管部２０４の端面２０７は、細管経路２０４ａの内周面２０８との接続部において角部２０９を形成させてもよい。角部２０９を形成させることにより、導入経路２０３ａから流動する液体は、細管部２０４の角部２０９で衝突し、流れの剥離によって局所的に渦を発生させやすくすることができる。渦の中心には局所的に圧力の低い部位であるキャビテーションの核が発生する。このキャビテーション核は細管経路２０４ａで発達し、キャビテーションが発生する。
【００２４】
ここで、キャビテーションとは液体中に気泡が発生する現象である。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなるため、気体導入口２０６と気体発生器との圧力差が大きくなる。このため、より多量な気体を吸引することが可能となる。また、液体の流れの剥離を効果的に起こすには、角部２０９の角度を９０度以下となるように形成することがよい。
【００２５】
気体導入制御部２０２は例えば、気体導入弁などにより形成され、気体の導入量を停止する気体導入弁の閉状態から気体の導入量が最大にする開状態まで気体導入量を制御することが可能である。
【００２６】
≪動作方法≫
本発明の実施例１に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の動作方法を図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。図４は第１の実施例に係る本発明の気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００２７】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開口率に比例させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００２８】
図３のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ１１と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ１２と、気体の導入を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ１３とを含んでいる。
【００２９】
工程Ｓ１１は気液混合装置に対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。ここで、工程Ｓ１１の開始は図４における時間ｔ０に該当する。液体は図２のエゼクタ２００のＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間または気体発生器から気体導入配管２０１を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。なお、ここで気液混合装置を流動する液体にキャビテーションは発生していない。
【００３０】
工程Ｓ１２は気体の導入量を制御する気体制御手段２０２により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ１２は図４における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。
【００３１】
気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４の気体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。
【００３２】
この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差が大きくなる。
【００３３】
なお、図４では工程Ｓ１２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず気体導入量を低下させる場合、細管経路の気体の圧力は飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低下させることがよい。
【００３４】
工程Ｓ１３は気体の導入量を制御する気体制御手段２０６により、気液混合装置に対して気体の導入を再開または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ１３は図４における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。
【００３５】
気体導入制御率を上げ、気体の導入を再開、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、安定することとなる。このとき、工程Ｓ１２により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００３６】
なお、図２のエゼクタの細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、エゼクタに導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【００３７】
なお、各工程の開始タイミングは、気液混合装置に時間制御手段が設けられ、経過する時間に基づき気体流量制御手段により制御されてもよい。
【００３８】
なお、図３における気液混合方法は気体を気液混合装置に対して導入中に気液混合効率を向上させるフローチャートが記載されているが、気体の導入を開始する場合は、図３における工程Ｓ１２から開始し、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３を行うだけで、気体導入量を増加させることが可能である。例えば、気体導入制御部が閉じられ、気体が導入されていない気液混合装置に対して液体の導入を開始する場合、液体の導入開始時に時間制御手段が作動されるようにあらかじめ設定しておき、数秒から数十秒の一定時間経過後に気体導入制御部が開かれ、気体が導入される構成としてもよい。この方法により、気液混合装置の立ち上げ時から自動的に気体流量を増加させた状態を形成することができる。
【００３９】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ１２から工程Ｓ１３までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００４０】
なお、図４は各工程における気体流量、細管圧力、及び気体導入制御率との関係を模式的に示しているが、気体流量及び細管圧力の変化のタイミングは、装置の関係上、液体及び気体の流動が不安定なため、タイムラグが生じることがある。例えば、気体流量及び細管圧力の変化は、気体導入制御の変化のタイミングに比べて遅れることがある。このため、本発明で説明する各工程のタイミングは、これらのタイムラグを含む概念で使用され、タイムラグ程度のタイミングが異なる実施例も本発明に含まれる。
【００４１】
≪実験結果≫
次に本発明に係る実施例１の気液混合装置を用い、第１の動作方法にて行った実験結果について説明する。図５（ａ）は本発明に係る実施例１の気液混合装置の実験に使用した実験条件のデータである。実験に使用した気液混合装置は図２に開示される気液混合装置と同様の構成であり、オゾン発生器と接続された気体導入配管と、圧送部と接続された気液混合装置と、圧送部と接続された配管を備えている。圧送部は一般的に使用される開放流量１．２Ｌ／ｍｉｎ、閉切圧力０．７ＭＰａ程度のダイヤフラム式ポンプを利用し、オゾン発生器は、一般的に使用されるオゾンガスの発生量が５０ｍｇ／ｈ程度のものを使用した。
【００４２】
配管は、内径８．５ｍｍ、長さ５０ｃｍのホースからなり、エゼクタから導出される水とオゾンを混合させたオゾン水の溶存オゾン濃度を溶存オゾン濃度計にて測定した。エゼクタの寸法に関する条件は図５（ａ）のＡ〜Ｄに記載した。導出経路２０５ａは図２のように円錐状に形成し、細管経路の径から徐々に大きくなるように形成されている。図２の断面図におけるエゼクタの細管経路の長さを細管経路長さ、導出経路の側壁の長さを円錐状経路長さとし、液体の進行方向と円錐状経路とのなす角を円錐状経路角度とした。
図５（ｂ）は図５（ａ）の実験条件にて測定された溶存オゾン濃度の測定結果である。
図５（ｂ）の測定値は図５（ａ）の各測定条件について、複数回測定を行い、平均値を記載した。
【００４３】
従来の気液混合方法による各測定データは、気体導入量が１５５〜２３０ｍＬ／ｍｉｎと少なく、溶存オゾン濃度も０．０５〜０．０６ｐｐｍと低い値でとどまっている。一方、本発明に係る第１の動作方法を用いた測定データは、気体導入量が０．３８〜０．５５ｍＬ／ｍｉｎと多く、溶存オゾン濃度が０．０７〜０．１０ｐｐｍにまで増加している。これは第１の動作方法を用いることで、細管経路内を流動する液体にキャビテーションが発生し、気体導入量が大幅に増加したことに起因している。
【００４４】
また、オゾン発生電極を備えたオゾン発生器を用いた気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷することができ、オゾン発生効率が向上する。このように、本発明の気液混合装置を用いてオゾン溶解装置を構成することにより、簡易な方法で溶存オゾン濃度を向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
本発明の気液混合装置の第２の実施例について、図６に基づいて説明する。図６に本発明に係る気液混合装置の第２の実施例のブロック図を示す。気液混合装置６００はエゼクタ６０１とホース、パイプなどの配管系からなる気体導入配管６０２と気体導入制御部６０３と流量計６０４と圧力計６０５とを備えている。
【００４６】
エゼクタ６０１は気体導入制御部６０３が設けられた気体導入配管６０２と接続され、エゼクタ６０１に導入される気体の流量を制御することが可能である。気体導入制御部６０３は気体導入弁などから構成される。例えば気体導入弁を電子弁として構成し、弁の開閉を電気的なスイッチにより制御できる構成としてもよい。
【００４７】
また、気体導入制御部６０３は時間制御手段を有しており、気体導入制御部による気体導入量の制御を時間に応じて適宜制御することが可能な構成としてもよい。時間的な制御とは一定時間毎に動作をするように制御されたタイマー制御や、あらかじめプラグラムされた時刻に動作をするように制御することが可能な手段である。なお、時間制御手段は気体導入制御部６０３に含めた構成にする必要はなく、独立した時間制御手段を気体導入制御部と接続した構成としてもよい。なお、エゼクタ６０１は図２のエゼクタ２００と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
気体導入配管６０２は外部空間または気体発生器などと接続され、気体導入配管６０２を介して、エゼクタ６０１に対して気体を導入する。ここで、気体導入配管６０２は、殺菌性の高いオゾンガスなどを発生する気体発生器と接続してもよい。その他、洗浄または浄水効果のある酸素ラジカル、ＯＨラジカル、などを発生させても構わない。また、気体発生器は気液混合効率を高めるため、エゼクタの近傍に設けることがよい。
【００４９】
気体導入配管６０２は気体導入制御部６０３と流量計６０４と圧力計６０５とを備えている。気体導入制御部６０３は気体導入弁などにより構成され、閉状態から開状態までを調整することにより、エゼクタ６０１に導入する気体の導入量を制御することが可能である。
【００５０】
流量計６０４は気体導入配管６０２を流動する気体の流量を測定することができる。測定された気体の流量値は気体導入制御部に送られ、気体導入制御部により気体流量が制御される。圧力計６０５は気体導入配管６０２を流動する気体の圧力を測定することができる。測定された気体の圧力値は気体導入制御部に送られ、気体導入制御部により制御される。
【００５１】
ここで、気体導入配管６０２内の圧力と図２のエゼクタの細管経路の圧力とは相関関係があるため、エゼクタ６０１近傍に圧力計を配置し、細管経路内の気体の圧力の値を測定してもよい。
【００５２】
また、気体導入制御部は、圧力値のみ、または、流量値のみ、から気体流量を制御してもよく、圧力値と流量値との両方の値に基づいて、気体流量を制御してもよい。
【００５３】
なお、圧力を測定しない場合は、気液混合装置を図７（ａ）の構成にしてもよく、流量を測定しない場合は、図７（ｂ）の構成にしてもよい。
【００５４】
一方、エゼクタ６０１はポンプなどにより構成された圧送部により、液体が導入される。導入された気体と液体はエゼクタ６０１で混合され、液体または気液混合体を含む流体が導出される。ここで気体導入制御部６０３は図７では気体導入配管６０２に設けられているが、気体発生器に設けられていてもよく、エゼクタ６０１に対して導入する気体の流量を制御することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５５】
流量計６０４は図６では気体導入配管６０２に設けられているが、気体導入制御部６０３または気体発生器に設けられていてもよく、気体導入配管６０２または図２のエゼクタの細管経路の気体流量を測定することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５６】
圧力計６０５は図６では気体導入配管６０２に設けられているが、気体導入制御部６０３または気体発生器に設けられていてもよく、気体導入配管６０２または図２のエゼクタの細管経路の気体の圧力を測定することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５７】
≪動作方法１≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第１の動作方法について説明する。図８は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。図９は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００５８】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管の圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００５９】
図８のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ２１と、気体導入配管内の気体の圧力、または気体の流量を測定する工程Ｓ２２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ２３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ２４とを含んでいる。
【００６０】
工程Ｓ２１は気液混合装置に対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。ここで、工程は図９における時間ｔ０に該当する。液体は図２のエゼクタのＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。
【００６１】
図２のエゼクタの細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入制御２０２と気体導入配管２０１を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【００６２】
工程Ｓ２２は気体導入配管内の気体の圧力、または気体の流量を測定する。ここで、工程は図９における時間ｔ０から時間ｔ１までの期間に行われる。工程Ｓ２１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、液体の静圧が上昇し、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体流量または気体の圧力を測定する。
【００６３】
気体導入配管内の気体の流量の測定は流量計６０４にて行われ、気体導入制御部に流量値が送られる。流量計６０４による気体流量の流量値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ２３を行う。ここで例えば、一定条件とは気体流量の流量値が、あらかじめ設定した閾値Ｌ１以下になったときに工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
【００６４】
また、気体の流量値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程２３に進むように設定してもよい。
【００６５】
気体導入配管内の気体の圧力の測定は圧力計６０５にて行われ、気体導入制御部に圧力値が送られる。圧力計６０５による気体の圧力の圧力値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ２３を行う。ここで例えば、一定条件とは気体流量の流量値があらかじめ設定した閾値Ｐ２を超えたときに、工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
【００６６】
ここで、あらかじめ設定される圧力の値Ｐ２は液体の飽和蒸気圧以上の値になるように設定することが好ましい。大量な気体を導入するためには、キャビテーションを発生させる必要がある。液体のキャビテーションは気体の圧力が飽和蒸気圧付近にまで減少するために発生する現象である。このため、液体にキャビテーションを発生させるため、気体導入配管または細管経路の圧力が飽和蒸気以上になったときに制御することが効果的である。
【００６７】
また、気体の圧力値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
ここで例えば、気体導入配管内の圧力と細管経路の圧力とは、相関関係があり、どちらの値を測定してもよい。
【００６８】
ここで圧力測定と流量測定の両方の測定を行ってもよいし、どちらか一方を測定してもよい。圧力測定のみ行う場合は微細気泡発生器に流量計を設けなくてもよく、流量測定のみ行う場合は気液混合装置に圧力計を設けなくてもよい。
【００６９】
工程Ｓ２３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ２３は図９における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【００７０】
図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。ここで、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力が飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００７１】
なお、図９では工程Ｓ２３の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００７２】
工程Ｓ２４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を再開、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ２４は図９における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を再開、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。
【００７３】
このとき、工程Ｓ２３により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００７４】
ここで、第４の工程Ｓ２４は工程Ｓ２３の開始から一定時間経過後に開始されるように設定してもよい。
【００７５】
また、工程Ｓ２４を開始する前に圧力計６０５にてエゼクタと連通した気体導入配管または細管経路内の気体の圧力を確認し、一定の圧力を超えたときに、工程Ｓ２４を開始するように設定してもよい。ここで一定の圧力は飽和蒸気圧以上の値に設定することがよい。このとき、圧力計は細管経路内の圧力を測定する必要があるため、圧力計は気体導入制御部よりエゼクタ側の気体導入配管に配置することがよい。
【００７６】
ここで、図２の気液混合装置２００の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【００７７】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【００７８】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ２２から工程Ｓ２４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００７９】
≪動作方法２≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第２の動作方法について説明する。図１０は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すフローチャートである。図１１は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００８０】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００８１】
図１０のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ３１と、気体導入配管内の気体の圧力を測定する工程Ｓ３２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ３３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ３４とを含んでいる。
【００８２】
工程Ｓ３１は気液混合装置に対して液体を導入する。ここで、工程Ｓ３１は図１１における時間ｔ０に該当する。工程Ｓ３１を開始すると、図２のエゼクタの導入経路２０３ａに対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。
【００８３】
液体は図２のエゼクタのＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入制御と気体導入配管を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【００８４】
工程Ｓ３２は気体導入配管内の気体の圧力を測定する。ここで、工程Ｓ３２は図１２における時間ｔ０から時間ｔ１までの期間に行われる。第１の工程Ｓ３１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、液体の静圧が上昇し、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体の圧力を測定する。気体導入配管内の気体の圧力の測定は圧力計６０５にて行われ、気体導入制御部に圧力値が送られる。圧力計６０５による気体の圧力の圧力値に基づき、気体導入制御部は第３工程S３３を行う。
【００８５】
ここで、例えば、一定条件とは気体流量の流量値があらかじめ設定した閾値Ｐ２を超えたときに、工程Ｓ３３に進むように設定してもよい。ここで、あらかじめ設定される圧力の値Ｐ１は液体の飽和蒸気圧以上の値に設定することが好ましい。大量な気体を導入するためには、キャビテーションを発生させる必要がある。キャビテーションは液体の静圧が飽和蒸気圧付近にまで減少するために発生する現象である。このため、液体にキャビテーションを発生させるため、気体導入配管または細管経路の圧力が飽和蒸気以上になったときに制御することが効果的である。
【００８６】
また、気体の圧力値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ３３に進むように設定してもよい。ここで例えば、気体導入配管内の圧力と細管経路の圧力とは、相関関係があり、どちらの値を測定してもよい。
【００８７】
工程Ｓ３３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程は図１２における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【００８８】
このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。
【００８９】
なお、図１１では工程Ｓ３２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００９０】
工程Ｓ３４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を開始、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ３４は図１１における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を開始、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。このとき、工程Ｓ３３により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００９１】
ここで、工程Ｓ３４は工程Ｓ３３の開始から一定時間経過後に開始されるように設定してもよい。
【００９２】
また、工程Ｓ３４を開始する前に圧力計６０５にてエゼクタと連通した気体導入配管または細管経路内の気体の圧力を確認し、一定の圧力を超えたときに、工程Ｓ３４を開始するように設定してもよい。ここで一定の圧力は液体の飽和蒸気圧以上になる値に設定することがよい。このとき、圧力計は細管経路内の圧力を測定する必要があるため、圧力計は気体導入制御部よりエゼクタ側の気体導入配管に配置することがよい。
【００９３】
なお、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上することができる。
【００９４】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【００９５】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ３２から工程Ｓ３４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００９６】
≪動作方法３≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第３の動作方法について説明する。図１２は本発明の気液混合装置に係る第３の動作方法を示すフローチャートである。図１３は本発明の気液混合装置に係る第３の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００９７】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００９８】
図１２のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ４１と、気体導入配管内の気体の流量を測定する工程Ｓ４２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ４３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ４４とを含んでいる。
【００９９】
工程Ｓ４１は気液混合装置に対して液体を導入する。ここで、工程Ｓ４１は図１３における時間ｔ０に該当する。工程Ｓ４１を開始すると、図２のエゼクタの導入経路２０３ａに対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。
【０１００】
液体は図２の気液混合装置のＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入配管２０５を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【０１０１】
工程Ｓ４２は気体導入配管内の気体の流量を測定する。ここで、工程Ｓ４２は図１３における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に行われる。工程Ｓ４１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体流量を測定する。気体導入配管内の気体の流量の測定は流量計６０４にて行われ、気体導入制御部に流量値が送られる。流量計６０４による気体流量の流量値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ４３を行う。
【０１０２】
ここで、例えば、一定条件とは気体流量の流量値が、あらかじめ設定した閾値Ｌ１以下になったときに工程Ｓ４３に進むように設定してもよい。
【０１０３】
また、気体の流量値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ４３に進むように設定してもよい。
【０１０４】
工程Ｓ４３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ４３は図１３における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【０１０５】
このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。
【０１０６】
なお、図１３では工程Ｓ４２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【０１０７】
工程Ｓ４４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を開始、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ４４は図１３における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を開始、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。このとき、工程Ｓ４２により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【０１０８】
なお、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【０１０９】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【０１１０】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ４２から工程Ｓ４４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【０１１１】
本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１２】
１００、６００ 気液混合装置
１０１、２００、６０１ エゼクタ
１０２ 気体発生器
１０３、２０１、６０２ 気体導入配管
１０４、２０２、６０３ 気体導入制御部（手段）
１０５ 圧送部（手段）
２０３ 導入部
２０３ａ 導入経路
２０４ 細管部
２０４ａ 細管経路
２０５ 導出部
２０５ａ 導出経路
２０６ 気体導入口
２０７ 端面
２０８ 内周面
２０９ 角部
６０４ 流量計
６０５ 圧力計
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体と液体を混合させ、気液混合体を発生させる気液混合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、気液混合装置は浄水処理、洗浄、医療、化学、製造プロセスなど様々な分野で適用され、注目を集めている。この気液混合装置には、配管内に液体を循環させ、循環中の液体に気体を導入して混合させる気液混合装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１は、流動する液体に気体を導入するために必要な負圧を発生させ、気体の導入を行うことが可能なベンチュリー型の気液混合装置を開示している。この気液混合装置は、導入部、細管部、導出部から構成され、細管部には、外部空間と連通する気体導入口が開設されている。ベルヌーイの定理からわかるように、細管部の液体の流速は増加し、静圧が減少する。このため、流動する液体の静圧は負圧になり、気体導入口を介して外部空間から細管部へ向かい気体が吸引される。その後、導入された気体と液体が混合され、気液混合体として導出部から導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1の気液混合装置を用い、高い気液混合率で液体中に気体を溶解させるためには、気液混合装置の気体の吸引力を増加させるため、液体に負圧を形成させキャビテーションを発生させる必要があった。このため、流動する液体は比較的速い流速が必要となり、液体を圧送するための大型ポンプなどの装置を設けなければいけなかった。この結果、従来の気液混合装置は小型機器に搭載することが困難であり、また、大量なエネルギーを必要とする問題や高コストといった問題が内在していた。
【０００６】
また、気液混合装置を長時間使用した際、気液混合装置に与えられる振動、または流動する液体や気体に含まれるごみなどの影響で、気液混合装置内の圧力が変化し、発生した液体のキャビテーションが消滅してしまうことがある。この場合、気液混合装置の気体の吸引力が低下し、効率的な気液混合が維持できないといった問題があった。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は気液混合効率の向上、または高い気液混合効率の復元が可能なため気液混合装置及び気液混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気液混合方法は、液体を導入させる導入経路と、前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路より径の小さな細管経路と、前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路より径の大きな導出経路と、前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入する気体導入配管と、前記気体導入配管の気体の導入を制御する気体導入制御手段とを備えた気液混合装置に対して、気体と液体を導入中に、前記気体導入制御部にて気体の導入量を低下させた後に気体の導入量を増加させる気体吸引量増加制御を行う。
【０００９】
このため、気体の吸引力が小さい気液混合装置または長時間利用し、気体の吸引力が低下した気液混合装置の吸引力を復元させることができるため、気体の導入量を増加させ気液混合効率を高めることが可能である。
【００１０】
本発明に係る気液混合装置は液体を導入する導入経路と、前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路に比べて小さな径を有する細管経路と前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路に比べて大きな径を有する導出経路と、前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入させる気体導入配管とを備え、前記気体導入配管の気体導入量を制御する気体導入制御手段と、前記気体導入制御手段の時間的な制御が可能な時間制御手段が設けられている。
【００１１】
このため、長期間使用することで、気液混合装置内の気体の圧力または気体の流量が変化することがあるが、気体の導入量を時間に応じて制御することが可能なため、気液混合装置の低下した吸引力を復元させ気液混合効率を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な装置にて気液混合装置に対する気体の導入量の増加または気体導入量を復元することができるため、気液混合効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る気液混合装置のブロック図である。
【図２】本発明に係るエゼクタの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の動作方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図５】(ａ)気液混合装置の実験に使用した実験条件の表である。（ｂ）気液混合装置の実験結果図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る気液混合装置のブロック図である。
【図７】（ａ）本発明に係る流量計を備えた気液混合装置のブロック図である。（ｂ）本発明に係る圧力計を備えた気液混合装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第３の動作方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例２に係る気液混合装置の第３の動作方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
本発明に係る第１の気液混合装置について、図１に基づいて説明する。図１は本発明に係る気液混合装置１００を示したブロック図である。気液混合装置１００は、導入される気体と液体を混合するエゼクタ１０１と気液混合装置１００に導入する気体を発生する気体発生器１０２とを備えている。
【００１５】
エゼクタ１０１は、気体を導入する気体導入口と液体を導入する液体導入孔と気体と液体を混合して導出する導出口を備えている。気体導入口は気体導入制御部１０４を備えたホース、パイプなどの配管系からなる気体導入配管１０３と接続され、エゼクタ１０１に導入される気体の流量を制御することが可能である。また、液体導入口はポンプなどにより構成された圧送部１０５などと配管系を介して接続され、液体が導入される。導入された気体と液体はエゼクタ１０１で混合され、液体または気液混合体などの流体が導出される。ここで気体導入制御部１０４は図１では気体導入配管１０３に設けられているが、気体発生器１０２に設けられていてもよく、エゼクタ１０１に対して導入する気体の流量を制御することができる構成であれば、どの位置に設けられていてもよい。
【００１６】
ここで、気体導入制御部１０４は気体導入弁などから構成される。例えば気体導入弁を電子弁として構成し、弁の開閉を電気的なスイッチにより制御できる構成としてもよい。
【００１７】
また、気体導入制御部１０４は時間制御手段を有しており、気体導入制御部による気体導入量の制御を時間に応じて適宜制御することが可能な構成としてもよい。時間的な制御とは一定時間毎に動作をするように制御されたタイマー制御や、あらかじめプラグラムされた時刻に動作をするように制御することが可能な手段を示す。なお、時間制御手段は気体導入制御部１０４に含めた構成にする必要はなく、独立した時間制御手段を気体導入制御部と接続した構成としてもよい。
【００１８】
気体発生器１０２は、気体導入配管１０３を介してエゼクタ１０１に接続され、発生した気体をエゼクタ１０１に対して導入する。ここで、発生する気体は、例えば殺菌性の高いオゾンガスなどである。その他、洗浄または浄水効果のある酸素ラジカル、ＯＨラジカル、などを発生させても構わない。また、気体発生器１０２は気液混合効率を高めるため、エゼクタ１０１の近傍に設けることがよい。
【００１９】
次に本発明に係るエゼクタの一実施形態について説明する。図２はエゼクタ２００の断面図であり、矢印Ａ１は気液混合装置２００に導入する液体の流れを示し、矢印Ａ２は気液混合装置２００に導入する気体の流れを示し、矢印Ａ３は気液混合装置２００から導出する気体、液体または気液混合体などの流体の流れを示す。
【００２０】
図２に示されるエゼクタ２００は気体を導入する気体導入配管２０１と気体の導入量を制御する気体導入制御部２０２を備え、ＡＡ‘端は液体を流動する図示しない配管系と接続され、ＢＢ‘端は液体または気液混合体を含む流体を流動する図示しない配管系と接続されている。
【００２１】
また、エゼクタは導入経路２０３ａを有する導入部２０３と、導入経路２０３ａと連通する細管経路２０４ａを有する細管部２０４と、細管経路２０４ａと連通する導出経路２０５ａを有する導出部２０５を有している。細管経路２０４ａの断面積は導入経路２０３ａ及び導出経路２０５ａの断面積に比べ小さな円柱状の形状をしている。細管経路２０４ａに連通された導出経路２０５ａの断面積は気液混合体の流動する方向に徐々に大きくなる形状をしている。ここで、導出経路２０５ａの形状は図２に示されるような円錐状の形状にしてもよく、段階的に断面積を大きくした形状にしてもよい。
【００２２】
細管経路２０４ａの側面は気体導入口２０６が開設され、気体導入制御部２０２が設けられた気体導入配管２０１を介して、気体発生器などと接続される。
【００２３】
また、導入部２０３と接続された細管部２０４の端面２０７は、細管経路２０４ａの内周面２０８との接続部において角部２０９を形成させてもよい。角部２０９を形成させることにより、導入経路２０３ａから流動する液体は、細管部２０４の角部２０９で衝突し、流れの剥離によって局所的に渦を発生させやすくすることができる。渦の中心には局所的に圧力の低い部位であるキャビテーションの核が発生する。このキャビテーション核は細管経路２０４ａで発達し、キャビテーションが発生する。
【００２４】
ここで、キャビテーションとは液体中に気泡が発生する現象である。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなるため、気体導入口２０６と気体発生器との圧力差が大きくなる。このため、より多量な気体を吸引することが可能となる。また、液体の流れの剥離を効果的に起こすには、角部２０９の角度を９０度以下となるように形成することがよい。
【００２５】
気体導入制御部２０２は例えば、気体導入弁などにより形成され、気体の導入量を停止する気体導入弁の閉状態から気体の導入量が最大にする開状態まで気体導入量を制御することが可能である。
【００２６】
≪動作方法≫
本発明の実施例１に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の動作方法を図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の第１の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。図４は第１の実施例に係る本発明の気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００２７】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開口率に比例させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００２８】
図３のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ１１と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ１２と、気体の導入を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ１３とを含んでいる。
【００２９】
工程Ｓ１１は気液混合装置に対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。ここで、工程Ｓ１１の開始は図４における時間ｔ０に該当する。液体は図２のエゼクタ２００のＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間または気体発生器から気体導入配管２０１を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。なお、ここで気液混合装置を流動する液体にキャビテーションは発生していない。
【００３０】
工程Ｓ１２は気体の導入量を制御する気体制御手段２０２により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ１２は図４における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。
【００３１】
気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４の気体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。
【００３２】
この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差が大きくなる。
【００３３】
なお、図４では工程Ｓ１２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず気体導入量を低下させる場合、細管経路の気体の圧力は飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低下させることがよい。
【００３４】
工程Ｓ１３は気体の導入量を制御する気体制御手段２０６により、気液混合装置に対して気体の導入を再開または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ１３は図４における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。
【００３５】
気体導入制御率を上げ、気体の導入を再開、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、安定することとなる。このとき、工程Ｓ１２により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００３６】
なお、図２のエゼクタの細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、エゼクタに導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【００３７】
なお、各工程の開始タイミングは、気液混合装置に時間制御手段が設けられ、経過する時間に基づき気体流量制御手段により制御されてもよい。
【００３８】
なお、図３における気液混合方法は気体を気液混合装置に対して導入中に気液混合効率を向上させるフローチャートが記載されているが、気体の導入を開始する場合は、図３における工程Ｓ１２から開始し、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３を行うだけで、気体導入量を増加させることが可能である。例えば、気体導入制御部が閉じられ、気体が導入されていない気液混合装置に対して液体の導入を開始する場合、液体の導入開始時に時間制御手段が作動されるようにあらかじめ設定しておき、数秒から数十秒の一定時間経過後に気体導入制御部が開かれ、気体が導入される構成としてもよい。この方法により、気液混合装置の立ち上げ時から自動的に気体流量を増加させた状態を形成することができる。
【００３９】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ１２から工程Ｓ１３までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００４０】
なお、図４は各工程における気体流量、細管圧力、及び気体導入制御率との関係を模式的に示しているが、気体流量及び細管圧力の変化のタイミングは、装置の関係上、液体及び気体の流動が不安定なため、タイムラグが生じることがある。例えば、気体流量及び細管圧力の変化は、気体導入制御の変化のタイミングに比べて遅れることがある。このため、本発明で説明する各工程のタイミングは、これらのタイムラグを含む概念で使用され、タイムラグ程度のタイミングが異なる実施例も本発明に含まれる。
【００４１】
≪実験結果≫
次に本発明に係る実施例１の気液混合装置を用い、第１の動作方法にて行った実験結果について説明する。図５（ａ）は本発明に係る実施例１の気液混合装置の実験に使用した実験条件のデータである。実験に使用した気液混合装置は図２に開示される気液混合装置と同様の構成であり、オゾン発生器と接続された気体導入配管と、圧送部と接続された気液混合装置と、圧送部と接続された配管を備えている。圧送部は一般的に使用される開放流量１．２Ｌ／ｍｉｎ、閉切圧力０．７ＭＰａ程度のダイヤフラム式ポンプを利用し、オゾン発生器は、一般的に使用されるオゾンガスの発生量が５０ｍｇ／ｈ程度のものを使用した。
【００４２】
配管は、内径８．５ｍｍ、長さ５０ｃｍのホースからなり、エゼクタから導出される水とオゾンを混合させたオゾン水の溶存オゾン濃度を溶存オゾン濃度計にて測定した。エゼクタの寸法に関する条件は図５（ａ）のＡ〜Ｄに記載した。導出経路２０５ａは図２のように円錐状に形成し、細管経路の径から徐々に大きくなるように形成されている。図２の断面図におけるエゼクタの細管経路の長さを細管経路長さ、導出経路の側壁の長さを円錐状経路長さとし、液体の進行方向と円錐状経路とのなす角を円錐状経路角度とした。
図５（ｂ）は図５（ａ）の実験条件にて測定された溶存オゾン濃度の測定結果である。
図５（ｂ）の測定値は図５（ａ）の各測定条件について、複数回測定を行い、平均値を記載した。
【００４３】
従来の気液混合方法による各測定データは、気体導入量が１５５〜２３０ｍＬ／ｍｉｎと少なく、溶存オゾン濃度も０．０５〜０．０６ｐｐｍと低い値でとどまっている。一方、本発明に係る第１の動作方法を用いた測定データは、気体導入量が０．３８〜０．５５ｍＬ／ｍｉｎと多く、溶存オゾン濃度が０．０７〜０．１０ｐｐｍにまで増加している。これは第１の動作方法を用いることで、細管経路内を流動する液体にキャビテーションが発生し、気体導入量が大幅に増加したことに起因している。
【００４４】
また、オゾン発生電極を備えたオゾン発生器を用いた気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷することができ、オゾン発生効率が向上する。このように、本発明の気液混合装置を用いてオゾン溶解装置を構成することにより、簡易な方法で溶存オゾン濃度を向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
本発明の気液混合装置の第２の実施例について、図６に基づいて説明する。図６に本発明に係る気液混合装置の第２の実施例のブロック図を示す。気液混合装置６００はエゼクタ６０１とホース、パイプなどの配管系からなる気体導入配管６０２と気体導入制御部６０３と流量計６０４と圧力計６０５とを備えている。
【００４６】
エゼクタ６０１は気体導入制御部６０３が設けられた気体導入配管６０２と接続され、エゼクタ６０１に導入される気体の流量を制御することが可能である。気体導入制御部６０３は気体導入弁などから構成される。例えば気体導入弁を電子弁として構成し、弁の開閉を電気的なスイッチにより制御できる構成としてもよい。
【００４７】
また、気体導入制御部６０３は時間制御手段を有しており、気体導入制御部による気体導入量の制御を時間に応じて適宜制御することが可能な構成としてもよい。時間的な制御とは一定時間毎に動作をするように制御されたタイマー制御や、あらかじめプラグラムされた時刻に動作をするように制御することが可能な手段である。なお、時間制御手段は気体導入制御部６０３に含めた構成にする必要はなく、独立した時間制御手段を気体導入制御部と接続した構成としてもよい。なお、エゼクタ６０１は図２のエゼクタ２００と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
気体導入配管６０２は外部空間または気体発生器などと接続され、気体導入配管６０２を介して、エゼクタ６０１に対して気体を導入する。ここで、気体導入配管６０２は、殺菌性の高いオゾンガスなどを発生する気体発生器と接続してもよい。その他、洗浄または浄水効果のある酸素ラジカル、ＯＨラジカル、などを発生させても構わない。また、気体発生器は気液混合効率を高めるため、エゼクタの近傍に設けることがよい。
【００４９】
気体導入配管６０２は気体導入制御部６０３と流量計６０４と圧力計６０５とを備えている。気体導入制御部６０３は気体導入弁などにより構成され、閉状態から開状態までを調整することにより、エゼクタ６０１に導入する気体の導入量を制御することが可能である。
【００５０】
流量計６０４は気体導入配管６０２を流動する気体の流量を測定することができる。測定された気体の流量値は気体導入制御部に送られ、気体導入制御部により気体流量が制御される。圧力計６０５は気体導入配管６０２を流動する気体の圧力を測定することができる。測定された気体の圧力値は気体導入制御部に送られ、気体導入制御部により制御される。
【００５１】
ここで、気体導入配管６０２内の圧力と図２のエゼクタの細管経路の圧力とは相関関係があるため、エゼクタ６０１近傍に圧力計を配置し、細管経路内の気体の圧力の値を測定してもよい。
【００５２】
また、気体導入制御部は、圧力値のみ、または、流量値のみ、から気体流量を制御してもよく、圧力値と流量値との両方の値に基づいて、気体流量を制御してもよい。
【００５３】
なお、圧力を測定しない場合は、気液混合装置を図７（ａ）の構成にしてもよく、流量を測定しない場合は、図７（ｂ）の構成にしてもよい。
【００５４】
一方、エゼクタ６０１はポンプなどにより構成された圧送部により、液体が導入される。導入された気体と液体はエゼクタ６０１で混合され、液体または気液混合体を含む流体が導出される。ここで気体導入制御部６０３は図７では気体導入配管６０２に設けられているが、気体発生器に設けられていてもよく、エゼクタ６０１に対して導入する気体の流量を制御することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５５】
流量計６０４は図６では気体導入配管６０２に設けられているが、気体導入制御部６０３または気体発生器に設けられていてもよく、気体導入配管６０２または図２のエゼクタの細管経路の気体流量を測定することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５６】
圧力計６０５は図６では気体導入配管６０２に設けられているが、気体導入制御部６０３または気体発生器に設けられていてもよく、気体導入配管６０２または図２のエゼクタの細管経路の気体の圧力を測定することができる構成であればどの位置に設けられていてもよい。
【００５７】
≪動作方法１≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第１の動作方法について説明する。図８は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すフローチャートである。図９は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第１の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００５８】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管の圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００５９】
図８のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ２１と、気体導入配管内の気体の圧力、または気体の流量を測定する工程Ｓ２２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ２３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ２４とを含んでいる。
【００６０】
工程Ｓ２１は気液混合装置に対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。ここで、工程は図９における時間ｔ０に該当する。液体は図２のエゼクタのＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。
【００６１】
図２のエゼクタの細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入制御２０２と気体導入配管２０１を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【００６２】
工程Ｓ２２は気体導入配管内の気体の圧力、または気体の流量を測定する。ここで、工程は図９における時間ｔ０から時間ｔ１までの期間に行われる。工程Ｓ２１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、液体の静圧が上昇し、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体流量または気体の圧力を測定する。
【００６３】
気体導入配管内の気体の流量の測定は流量計６０４にて行われ、気体導入制御部に流量値が送られる。流量計６０４による気体流量の流量値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ２３を行う。ここで例えば、一定条件とは気体流量の流量値が、あらかじめ設定した閾値Ｌ１以下になったときに工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
【００６４】
また、気体の流量値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程２３に進むように設定してもよい。
【００６５】
気体導入配管内の気体の圧力の測定は圧力計６０５にて行われ、気体導入制御部に圧力値が送られる。圧力計６０５による気体の圧力の圧力値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ２３を行う。ここで例えば、一定条件とは気体流量の流量値があらかじめ設定した閾値Ｐ２を超えたときに、工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
【００６６】
ここで、あらかじめ設定される圧力の値Ｐ２は液体の飽和蒸気圧以上の値になるように設定することが好ましい。大量な気体を導入するためには、キャビテーションを発生させる必要がある。液体のキャビテーションは気体の圧力が飽和蒸気圧付近にまで減少するために発生する現象である。このため、液体にキャビテーションを発生させるため、気体導入配管または細管経路の圧力が飽和蒸気以上になったときに制御することが効果的である。
【００６７】
また、気体の圧力値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ２３に進むように設定してもよい。
ここで例えば、気体導入配管内の圧力と細管経路の圧力とは、相関関係があり、どちらの値を測定してもよい。
【００６８】
ここで圧力測定と流量測定の両方の測定を行ってもよいし、どちらか一方を測定してもよい。圧力測定のみ行う場合は微細気泡発生器に流量計を設けなくてもよく、流量測定のみ行う場合は気液混合装置に圧力計を設けなくてもよい。
【００６９】
工程Ｓ２３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ２３は図９における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【００７０】
図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。ここで、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力が飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００７１】
なお、図９では工程Ｓ２３の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００７２】
工程Ｓ２４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を再開、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ２４は図９における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を再開、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。
【００７３】
このとき、工程Ｓ２３により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００７４】
ここで、第４の工程Ｓ２４は工程Ｓ２３の開始から一定時間経過後に開始されるように設定してもよい。
【００７５】
また、工程Ｓ２４を開始する前に圧力計６０５にてエゼクタと連通した気体導入配管または細管経路内の気体の圧力を確認し、一定の圧力を超えたときに、工程Ｓ２４を開始するように設定してもよい。ここで一定の圧力は飽和蒸気圧以上の値に設定することがよい。このとき、圧力計は細管経路内の圧力を測定する必要があるため、圧力計は気体導入制御部よりエゼクタ側の気体導入配管に配置することがよい。
【００７６】
ここで、図２の気液混合装置２００の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【００７７】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【００７８】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ２２から工程Ｓ２４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００７９】
≪動作方法２≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第２の動作方法について説明する。図１０は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すフローチャートである。図１１は本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の第２の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００８０】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００８１】
図１０のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ３１と、気体導入配管内の気体の圧力を測定する工程Ｓ３２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ３３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ３４とを含んでいる。
【００８２】
工程Ｓ３１は気液混合装置に対して液体を導入する。ここで、工程Ｓ３１は図１１における時間ｔ０に該当する。工程Ｓ３１を開始すると、図２のエゼクタの導入経路２０３ａに対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。
【００８３】
液体は図２のエゼクタのＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入制御と気体導入配管を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【００８４】
工程Ｓ３２は気体導入配管内の気体の圧力を測定する。ここで、工程Ｓ３２は図１２における時間ｔ０から時間ｔ１までの期間に行われる。第１の工程Ｓ３１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、液体の静圧が上昇し、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体の圧力を測定する。気体導入配管内の気体の圧力の測定は圧力計６０５にて行われ、気体導入制御部に圧力値が送られる。圧力計６０５による気体の圧力の圧力値に基づき、気体導入制御部は第３工程S３３を行う。
【００８５】
ここで、例えば、一定条件とは気体流量の流量値があらかじめ設定した閾値Ｐ２を超えたときに、工程Ｓ３３に進むように設定してもよい。ここで、あらかじめ設定される圧力の値Ｐ１は液体の飽和蒸気圧以上の値に設定することが好ましい。大量な気体を導入するためには、キャビテーションを発生させる必要がある。キャビテーションは液体の静圧が飽和蒸気圧付近にまで減少するために発生する現象である。このため、液体にキャビテーションを発生させるため、気体導入配管または細管経路の圧力が飽和蒸気以上になったときに制御することが効果的である。
【００８６】
また、気体の圧力値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ３３に進むように設定してもよい。ここで例えば、気体導入配管内の圧力と細管経路の圧力とは、相関関係があり、どちらの値を測定してもよい。
【００８７】
工程Ｓ３３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程は図１２における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【００８８】
このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。
【００８９】
なお、図１１では工程Ｓ３２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【００９０】
工程Ｓ３４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を開始、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ３４は図１１における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を開始、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。このとき、工程Ｓ３３により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【００９１】
ここで、工程Ｓ３４は工程Ｓ３３の開始から一定時間経過後に開始されるように設定してもよい。
【００９２】
また、工程Ｓ３４を開始する前に圧力計６０５にてエゼクタと連通した気体導入配管または細管経路内の気体の圧力を確認し、一定の圧力を超えたときに、工程Ｓ３４を開始するように設定してもよい。ここで一定の圧力は液体の飽和蒸気圧以上になる値に設定することがよい。このとき、圧力計は細管経路内の圧力を測定する必要があるため、圧力計は気体導入制御部よりエゼクタ側の気体導入配管に配置することがよい。
【００９３】
なお、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上することができる。
【００９４】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【００９５】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ３２から工程Ｓ３４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【００９６】
≪動作方法３≫
本発明の第２の実施例に係る気液混合装置の吸引する気体量を増加させる気体吸引量増加制御の第３の動作方法について説明する。図１２は本発明の気液混合装置に係る第３の動作方法を示すフローチャートである。図１３は本発明の気液混合装置に係る第３の動作方法を示すタイミングチャートである。
【００９７】
気体流量は気体導入配管を流動する気体の流量を示し、気体導入配管圧力は気体導入配管を流動する気体の圧力を示し、気体導入制御率は、気体導入制御部による気体の流量の制御率を示し、気体導入弁の開閉率に相関させ、気体導入弁の開口率が高い場合に気体制御率が高い値を示すように設定している。
【００９８】
図１２のフローチャートは、気液混合装置に対して液体を導入する工程Ｓ４１と、気体導入配管内の気体の流量を測定する工程Ｓ４２と、気体の導入を停止、または導入量を低下させる工程Ｓ４３と、気体導入量を再開、または導入量を増加させる工程Ｓ４４とを含んでいる。
【００９９】
工程Ｓ４１は気液混合装置に対して液体を導入する。ここで、工程Ｓ４１は図１３における時間ｔ０に該当する。工程Ｓ４１を開始すると、図２のエゼクタの導入経路２０３ａに対して液体を導入する。このとき、気体導入制御部は開状態となっている。
【０１００】
液体は図２の気液混合装置のＡＡ‘端の導入経路２０３ａから導入され、細管部２０４の細管経路２０４ａを通過し、ＢＢ’端の導出経路２０５ａから導出される。細管経路２０４ａを流動する液体は、ベルヌーイの定理からわかるように、流速が増加する。一般的に液体が高速で流動するとその静圧が低下する。その結果、細管部２０４を流動中の液体の静圧が負圧となるため、気体導入配管２０１を通じて、矢印Ａ２が示す細管経路２０４ａに向かう方向に気体が吸引される。外部空間から気体導入配管２０５を通り、気体導入口２０６から気体が吸引される。導入された液体と吸引された気体は、細管経路２０４ａから導出経路２０５ａへ流動されながら混合された後、導出経路２０５ａから気液混合体として導出される。
【０１０１】
工程Ｓ４２は気体導入配管内の気体の流量を測定する。ここで、工程Ｓ４２は図１３における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に行われる。工程Ｓ４１により気液混合装置に気体が導入されるが、長時間経過した場合や導入する液体や気体の一時的な乱れにより、導入する気体の流量が低下してしまう。このため、気体導入配管内の気体流量を測定する。気体導入配管内の気体の流量の測定は流量計６０４にて行われ、気体導入制御部に流量値が送られる。流量計６０４による気体流量の流量値に基づき、気体導入制御部は工程Ｓ４３を行う。
【０１０２】
ここで、例えば、一定条件とは気体流量の流量値が、あらかじめ設定した閾値Ｌ１以下になったときに工程Ｓ４３に進むように設定してもよい。
【０１０３】
また、気体の流量値の時間的な変化率を測定し、変化率があらかじめ設定した変化率より大きいときや急激に変化率が増加したときに、工程Ｓ４３に進むように設定してもよい。
【０１０４】
工程Ｓ４３は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して導入する気体の導入を停止、または導入量を低下させる。ここで、工程Ｓ４３は図１３における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間に該当する。気体導入制御率を下げ、気体の導入を停止、または導入量を低下させると、気体流量及び細管経路の圧力は低下する。
【０１０５】
このとき、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａは導入経路２０３ａから導入された液体のみが流動するため、細管経路２０４ａの圧力は低下する。また、外圧を受けないため、細管部２０４を流れる液体の静圧が低下し、局所的に飽和蒸気圧付近まで低下する。この結果、局所的に液体の沸騰現象が起こり、キャビテーションが発生する。液体にキャビテーションが発生している場合、キャビテーションが発生していない場合と比べて気体導入口２０６の静圧が低くなり、気体導入口２０６と外部空間または気体発生器との圧力差は大きくなる。
【０１０６】
なお、図１３では工程Ｓ４２の気体導入制御率が０になっているが、気体導入量を停止させず、気体導入量を低下させる場合、細管経路の圧力を飽和蒸気圧付近まで低下させることが可能な程度、気体導入量を低くすることがよい。
【０１０７】
工程Ｓ４４は気体の導入量を制御する気体制御手段により、気液混合装置に対して気体の導入を開始、または導入量を増加させる。ここで、工程Ｓ４４は図１３における時間ｔ２からｔ３までの期間に該当する。気体導入制御率を上げ、気体の導入を開始、または導入量を増加させると、気体流量及び、細管経路の気体の圧力は徐々に増加し、一定値に安定することとなる。このとき、工程Ｓ４２により気体導入口２０６の圧力は外部空間または気体発生器との圧力より小さくなっており、多量の気体を吸引できるため、気体流量Ｌ１は気体流量Ｌ２に比べて高く、細管圧力Ｐ１は細管圧力Ｐ２に比べて低い値となる。
【０１０８】
なお、図２の気液混合装置の細管経路２０４ａにおいて、キャビテーションが発生している場合、気液混合装置に導入する液体流量を大幅に減少させない限り、キャビテーションが維持され、気体導入口２０６から多量な気体を導入することができる。この結果、気体導入量が増加した状態が維持され、より多くの気体を低動力で導入することができ、気液混合効率を向上できる。
【０１０９】
また、例えば気液混合装置の気体導入配管にオゾン発生電極を備えたオゾン発生器を接続し、気液混合を行う場合、オゾン発生体近傍を多量な気体が流動するため、オゾン発生電極を十分に空冷でき、オゾン発生効率が向上するという効果がある。
【０１１０】
なお、長時間、継続して気液混合を行う場合、エゼクタに対する振動や流体の乱れにより、導入する気体流量が減少してしまうことがある。この場合、再度動作させることにより、継続して気液混合効率の高い状態を維持することが可能である。例えば、気体導入制御部に時間制御手段を接続しておき、一定時間ごとに工程Ｓ４２から工程Ｓ４４までを繰り返し行うようにプログラムすることが可能である。
【０１１１】
本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１２】
１００、６００ 気液混合装置
１０１、２００、６０１ エゼクタ
１０２ 気体発生器
１０３、２０１、６０２ 気体導入配管
１０４、２０２、６０３ 気体導入制御部（手段）
１０５ 圧送部（手段）
２０３ 導入部
２０３ａ 導入経路
２０４ 細管部
２０４ａ 細管経路
２０５ 導出部
２０５ａ 導出経路
２０６ 気体導入口
２０７ 端面
２０８ 内周面
２０９ 角部
６０４ 流量計
６０５ 圧力計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を導入させる導入経路と、
前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路より径の小さな細管経路と、
前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路より径の大きな導出経路と、
前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入する気体導入配管と、
前記気体導入配管の気体の導入を制御する気体導入制御手段とを備えた気液混合装置の気液混合方法であって、
前記気液混合装置に気体と液体を導入中に、前記気体導入制御手段にて気体の導入量を低下させた後に気体の導入量を増加させる気体吸引量増加制御を行うことを特徴とする気液混合方法。
【請求項２】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管を流動する気体の流量値の変化に応じて前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項３】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管を流動する気体の流量値が所定値より低下したときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項４】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値の変化に応じて前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項５】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値が所定値を超えたときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項６】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値が液体の飽和水蒸気圧の値を超えたときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項７】
液体を導入する導入経路と、
前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路に比べて小さな径を有する細管経路と、
前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路に比べて大きな径を有する導出経路と、
前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入させる気体導入配管とを備えている気液混合装置であって、
前記気体導入配管の気体導入量を制御する気体導入制御部と、前記気体導入制御部の時間的な制御が可能な時間制御手段が設けられたことを特徴とする気液混合装置。
【請求項８】
前記気体導入配管の気体の流量を測定する流量計をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の気液混合装置。
【請求項９】
前記気体導入配管の気体の圧力を測定する圧力計をさらに備えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の気液混合装置
【請求項１０】
請求項７から９の気液混合装置を内蔵した浄水ユニット。
【請求項１】
液体を導入させる導入経路と、
前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路より径の小さな細管経路と、
前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路より径の大きな導出経路と、
前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入する気体導入配管と、
前記気体導入配管の気体の導入を制御する気体導入制御手段とを備えた気液混合装置の気液混合方法であって、
前記気液混合装置に気体と液体を導入中に、前記気体導入制御手段にて気体の導入量を低下させた後に気体の導入量を増加させる気体吸引量増加制御を行うことを特徴とする気液混合方法。
【請求項２】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管を流動する気体の流量値の変化に応じて前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項３】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管を流動する気体の流量値が所定値より低下したときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項４】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値の変化に応じて前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項５】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値が所定値を超えたときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項６】
前記気体導入制御部は前記気体導入配管の気体の圧力値が液体の飽和水蒸気圧の値を超えたときに前記気体吸引量増加制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の気液混合方法。
【請求項７】
液体を導入する導入経路と、
前記導入経路に連通しており、かつ前記導入経路に比べて小さな径を有する細管経路と、
前記細管経路と連通しており、かつ前記細管経路に比べて大きな径を有する導出経路と、
前記細管経路と接続され、前記細管経路へ気体を導入させる気体導入配管とを備えている気液混合装置であって、
前記気体導入配管の気体導入量を制御する気体導入制御部と、前記気体導入制御部の時間的な制御が可能な時間制御手段が設けられたことを特徴とする気液混合装置。
【請求項８】
前記気体導入配管の気体の流量を測定する流量計をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の気液混合装置。
【請求項９】
前記気体導入配管の気体の圧力を測定する圧力計をさらに備えていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の気液混合装置
【請求項１０】
請求項７から９の気液混合装置を内蔵した浄水ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９１０７５（Ｐ２０１２−９１０７５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８１３０（Ｐ２０１０−２３８１３０）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]