(57)【要約】【課題】ポンプと溶解タンクとを接続する液体の接続流路の途中に流路方向を変えるコーナー部を接続し、小型化を図りながら、コーナー部において流体の流れを整流し、旋回流を抑制して、溶解タンクにおける気体の溶解効率を十分維持させることのできる気体溶解装置を提供すること。【解決手段】溶解タンク２の流入口９とポンプ３とを接続する流体の接続流路１０の途中に、流路方向を変えるコーナー部１９が接続され、このコーナー部またはコーナー部よりも下流側の接続流路１０ｂの少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段が配設され、整流手段は、ポンプから送り出される流体の流れに生ずる旋回流を抑制する。【選択図】図１
2010104870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部側から内部に流体を導入する流入口と、気体の溶解した液体を底部から取り出す流出口とが設けられた溶解タンクと、溶解タンク内に流体を供給するポンプとを備え、流入口から噴出させて溶解タンク内に流入する流体に、溶解タンク内に貯留している気体または流体とともに流入口から供給される気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口から溶解タンクの外部に取り出す気体溶解装置において、
前記流入口とポンプとを接続する流体の接続流路の途中に、流路方向を変えるコーナー部が接続され、このコーナー部またはコーナー部よりも下流側の接続流路の少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段が配設され、整流手段は、ポンプから送り出される流体の流れに生ずる旋回流を抑制することを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
整流手段が備える流通路の内側の断面形状が三角形から八角形までの多角形であることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
【請求項３】
整流手段が備える流通路の内側に、内方に突出するリブが配設さ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。
【請求項４】
エルボ継手において下流側の垂直に立ち上がる垂直部の中心軸が、エルボ継手よりも上流側の流路の中心軸からずれ、上流側の流路を流れる流体において流速の速い部分が、前記垂直部の中心軸に略一致するように、エルボ継手がコーナー部に配設されて整流手段が形成さ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡が発生する浴湯の生成などに利用可能な気体溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、溶解タンク内において気体を液体に溶解させる気体溶解装置についてこれまでに種々の提案を行ってきている。
【０００３】
たとえば特許文献１に記載した気体溶解装置は、溶解タンクに対応する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ともに、界面より下側の部分を液体貯留部とし、筒状体の側壁部の界面と同レベルまたは界面より若干下のレベルに気液混合流体を筒状体内の気体貯留部に噴射するための噴射口を設け、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てなるものである。
【０００４】
上記気体溶解装置は、筒状体の内部に貯留される液体と気体との界面の面積を大きくするとともに、貯留される液体の深さを深くすることができ、大きな気泡が混合した状態で筒状体から流出するのを抑制することができる。また、筒状体の傾斜配置によって、気体溶解装置の省スペース化が図られる。
【特許文献１】特開２００７−３１３４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような気液溶解装置について、本出願人は小型化を推し進めることを検討している。たとえば図７、８に示したように、筒状体１０１と、筒状体１０１内に気液混合流体を供給するポンプ１０２とを接続する接続流路１０３において、流路の短縮化などのために、経路の途中に気液混合流体の流路方向を変える、エルボ継手１０４などのコーナー部１０５を接続することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、接続流路１０３の経路の途中にコーナー部１０５を接続する場合、ポンプ１０２から送り出される気液混合流体の流れは、エルボ継手１０４において旋回流１０６となりやすい。旋回流１０６によって、図７に示したように、下流側の噴射口から筒状体１０１内の気体貯留部に噴出する噴射流にねじれ１０７が生じ、目標の噴射位置１０８からずれてしまう。ねじれた噴射流は気泡を分断しにくく、気液の接触面積が小さくなり、気液の混合不良が起こる。その結果、筒状体における気体の溶解効率が低下する。
【０００７】
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、ポンプと溶解タンクとを接続する液体の接続流路の途中に流路方向を変えるコーナー部を接続し、小型化を図りながら、コーナー部において流体の流れを整流し、旋回流を抑制して、溶解タンクにおける気体の溶解効率を十分維持させることのできる気体溶解装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。
【０００９】
第１の発明は、底部側から内部に流体を導入する流入口と、気体の溶解した液体を底部から取り出す流出口とが設けられた溶解タンクと、溶解タンク内に流体を供給するポンプとを備え、流入口から噴出させて溶解タンク内に流入する流体に、溶解タンク内に貯留している気体または流体とともに流入口から供給される気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口から溶解タンクの外部に取り出す気体溶解装置において、前記流入口とポンプとを接続する流体の接続流路の途中に、流路方向を変えるコーナー部が接続され、このコーナー部またはコーナー部よりも下流側の接続流路の少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段が配設され、整流手段は、ポンプから送り出される流体の流れに生ずる旋回流を抑制することを特徴としている。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明の特徴において、整流手段が備える流通路の内側の断面形状が三角形から八角形までの多角形であることを特徴としている。
【００１１】
第３の発明は、上記第１の発明の特徴において、整流手段が備える流通路の内側に、内方に突出するリブが配設されていることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明は、上記第１の発明の特徴において、エルボ継手において下流側の垂直に立ち上がる垂直部の中心軸が、エルボ継手よりも上流側の流路の中心軸からずれ、上流側の流路を流れる流体において流速の速い部分が、前記垂直部の中心軸に略一致するように、エルボ継手がコーナー部に配設されて整流手段が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、小型化を図りながら、コーナー部において整流手段によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができ、溶解タンクにおける気体の溶解効率を十分維持させることができる。
【００１４】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果において、整流手段が備える流通路における内側の三角形から八角形までの断面形状によって、旋回流に、その旋回方向に対する抵抗を与えることができ、旋回流を減衰させ、抑制することができる。
【００１５】
上記第３の発明によれば、上記第１の発明の効果において、リブによって旋回流に、その旋回方向に対する抵抗を与えることができ、旋回流を減衰させ、抑制することができる。
【００１６】
上記第４の発明によれば、上記第１の発明の効果において、エルボ継手に流入する流体の流れの分布を偏らせず、エルボ継手の垂直部の中心軸に向けて流通させることができ、旋回流の発生そのものを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した斜視図である。図２は、図１に示した気体溶解装置の概略構成図である。図３は、図１に示した気体溶解装置のポンプ周辺を示した概略平面図である。
【００１８】
気体溶解装置１は、溶解タンク２とポンプ３とを備えている。
【００１９】
円筒状の形状を有する溶解タンク２は、湾曲している周壁部４と、周壁部４の左右両端部に配設された平面状の側壁部５とから形成されている。周壁部４の左右両端は側壁部５によって閉鎖されている。また、溶解タンク２は、周壁部４の中心軸に一致する長手方向の中心軸６を水平方向７に対して、たとえば１０〜４５°の角度で傾斜して配置されている。
【００２０】
このような溶解タンク２には、中央部よりも高い位置である高位側の部分８の底壁部に流入口９が形成され、流入口９には流入流路１０が接続されている。また、溶解タンク２の中央部より低い位置である低位側の部分１１には、その底壁部に、流出口１２が形成されている。流出口１２には、流出流路１３が接続され、流出流路１３は、末端において液体導出部１４に接続されている。液体導出部１４は、たとえば浴槽などの液体供給部１５に接続流路を介して接続される。
【００２１】
ポンプ３は、接続流路としての流入流路１０を介して溶解タンク２に接続されている。ポンプ３には遠心ポンプが採用され、図３に示したように、ポンプ３から延びる流入流路１０の一端部は、遠心ポンプの断面である略円形に対してその接線方向に接続されている。また、ポンプ３には、気体導入部１６が接続されている。
【００２２】
このような気体溶解装置１では、運転を開始すると、ポンプ３の作動によって、気体導入部１６から空気などの気体がポンプ３内に導入され、水などの溶媒となる液体に混合され、気液混合流体が、流入流路１０を通じて溶解タンク２内に供給される。ポンプ３に気体導入部１６が接続されない場合には、液体が単独で溶解タンク２内に供給される。気液混合流体や液体単独などの流体は、溶解タンク２の上壁部内面に向けて噴射され、溶解タンク２内に流入する。溶解タンク２内にはあらかじめ流体に混合させる気体が加圧されて貯留しているか、または流体とともに流入口９を通じて気体が溶解タンク２内に供給される。気液混合流体を溶解タンク２内に供給する場合、溶解タンク２内に導入する気体には、液体に混合した気体と同種類の気体を選択する。溶解タンク２内に流入する流体は、溶解タンク２の上壁部内面に衝突し、跳ね返り、次第に溶解タンク２の底部に溜まっていく。また、溶解タンク２の上壁部内面に衝突して跳ね返る流体は、溶解タンク２内に貯留する液体１７の液面１８に衝突し、液体１７を攪拌する。
【００２３】
このときの攪拌などによって、溶解タンク２内の気体と液体１７が混合され、気体の液体１７への溶解が促進される。これは、攪拌による剪断によって液体１７に気泡として混合されている気体が細分化され、液体１７と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面１８付近における気体の溶解濃度が攪拌による均一化によって低減され、気体の液体１７への溶解速度が上昇することによる。このようにして気体の溶解した液体１７が、流出口１２を通じて流出流路１３に流出し、溶解タンク２の外部に取り出され、そして、液体導出部１４によって所定の液体供給部１５に送り出される。
【００２４】
溶解タンク２内に貯留する液体１７には、未溶解の気体による気泡が数多く混合されている。この気泡は、溶解タンク２内に貯留する液体１７の上側ほど密に存在し、液面１８付近には大きな気泡が存在する。一方、溶解タンク２の底部付近ではあまり存在しない。流出口１２は溶解タンク２の底部に形成されているので、液体１７は、大きな気泡がほとんど存在していない下側から取り出される。また、溶解タンク２は、長手方向の中心軸６を水平方向７に対して傾斜して配置されているため、気体と液体１７との界面に相当する液面１８の面積を、溶解タンク２を水平配置するときに比べ、大きくとることができ、気体と液体１７の上記混合攪拌の効率が高まっている。加えて、液面１８から下側の液体１７の深さが比較的深く、気泡の流出がより効果的に抑制されている。
【００２５】
また、気体溶解装置１は、溶解タンク２が上記のとおりに傾斜配置されているため、省スペース化が図られている。
【００２６】
そして、気体溶解装置１では、小型化を推進させるために、溶解タンク２の流入口９とポンプ３とを接続する流体の接続流路としての流入流路１０の途中に、流路方向を変えるコーナー部１９が接続されている。コーナー部１９は、流体の流通路を形成しており、略水平に配置された水平部２０と、水平部２０に対して垂直に立ち上がる垂直部２１とを備えている。水平部２０と垂直部２１とは互いに連通し、水平部２０は、ポンプ３から略水平方向に延びる流入流路１０の水平部１０ａに接続され、垂直部２１は、溶解タンク２の流入口９に接続され、水平部１０ａに対して略垂直方向に配置された流入流路１０の垂直部１０ｂに接続されている。このようなコーナー部１９は、たとえばエルボ継手２２などによって実現することができる。
【００２７】
また、気体溶解装置１では、図３に示したように、コーナー部１９またはコーナー部１９よりも下流側の流入流路１０、具体的には、コーナー部１９よりも下流側に位置し、接続流路の一部を形成する垂直部１０ｂの少なくともいずれか一方に、流体の流通路を備えた整流手段２３が配設されている。整流手段２３は、具体的には、コーナー部１９の垂直部２１を兼用したり、コーナー部１９よりも下流側の流入流路１０、すなわち、垂直部１０ｂを兼用したりすることができる。さらに、コーナー部１９の垂直部２１を兼用する場合には、エルボ継手２２において下流側の垂直に立ち上がる垂直部を兼用することもできる。
【００２８】
図３に示した整流手段２３は、備えている流通路２４の内側の断面形状が四角形のものである。
【００２９】
ポンプ３から吐出される流体の流速は、一般に、流入流路１０の幅方向に分布する。水平部１０ａでは、外側の流速が速く、内側の流速が遅い。このような流速分布２５を有して流体がコーナー部１９に流入し、流路方向が変わると、流体には旋回流２６が発生する。
【００３０】
そこで、整流手段２３では、流通路２４の内側の断面形状を四角形とし、この四角形状の流通路２４に流体を流通させることによって、旋回方向に対する抵抗を与え、旋回流２６を減衰させ、抑制する。整流手段２３が備える流通路２４の内側の断面形状は、三角形以上の多角形であれば旋回方向に対して抵抗を与えることができるが、旋回流２６の減衰および抑制効果は、角数が小さいほど高い。八角形以下であれば、旋回流２６の減衰および抑制効果は十分得られる。
【００３１】
なお、整流手段２３では、流通路２４の内側の断面形状を上記のとおりの三角形から八角形までの多角形とすることにともなう断面積の低下を抑えるために、流通路２４の内側の断面積を、流入流路１０の一般的な内側形状である円形である場合の断面積と同等のものにすることができる。断面積の低下を抑え、整流手段２３を配設したことによる流体の流量の低下が抑制される。
【００３２】
このように、気体溶解装置１は、小型化を図りながら、コーナー部１９において整流手段２３によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができ、図７に示したような噴出流に生じるねじれ１０７を抑制することができる。このため、気体溶解装置１では、溶解タンク２内において目標の噴射位置に流体を噴出させることができ、気液混合が十分に行われ、溶解タンク２における気体の溶解効率を十分維持させることができる。
【００３３】
なお、気体溶解装置１に配設される整流手段２３については、旋回流２６の減衰および抑制効果が十分に発揮するように、流通路２４の長さなどを内側の断面形状に応じて適宜に設定することができる。
【００３４】
図４は、本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した要部概略平面図であり、上記第１実施形態について示した図３に対応するものである。
【００３５】
図４に示した整流手段２７は、備えている流通路２８の内側に、内方に突出する４つのリブ２９が配設されたものである。４つのリブ２９は、２つで一組とされ、内側の断面が略円形の形状を有する流通路２８の直径方向に配置されている。このようなリブ２９によって、整流手段２７は、旋回流２６の旋回方向に対して抵抗を与え、旋回流２６を減衰させ、抑制する。整流手段２７では、リブ２９の配設にともなう流通路２８の断面積の低下を抑えるために、リブ２９の厚みを薄くするなどによって流通路２８の断面積の低下を抑制し、整流手段２７を配設したことによる流体の流量の低下を抑えることができる。
【００３６】
図４に示した整流手段２７が配設された気体溶解装置１も、図３に示した整流手段２３が配設された気体溶解装置１と同様に、小型化を図りながら、コーナー部１９において整流手段２７によって流体の流れを整流し、旋回流を抑制することができる。図７に示したような噴出流に生じるねじれ１０７を抑制することができ、気体溶解装置１では、溶解タンク２における気体の溶解効率を十分維持させることができる。
【００３７】
なお、整流手段２３については、旋回流２６の減衰および抑制効果が十分に発揮するように、流通路２８の長さ方向におけるリブ２９の個数、長さなどを適宜に設定することができる。また、４つのリブ２９は、必ずしも同一の位置に配置する必要はなく、各組において位置を流通路２８の長さ方向に異ならせたり、または４つとも異なる位置に配置したりすることも可能である。
【００３８】
さらに、流通路２８の内側において内方に突出するリブ２９の突出長さは、長いほど旋回流２６の減衰および抑制効果が高まる。このことから、たとえば図５＜ａ＞に示したように、４つのリブ２９ａは、隣り合うリブ２９ａに向かって流通路２８の断面の略円形の弦方向に延びるように配置されている。このような配置によって、各リブ２９ａの突出長さは、図４に示したリブ２９に比べて長くなり、旋回流２６の減衰および抑制効果が高まっている。
【００３９】
また、図５＜ｂ＞に示したように、２つのリブ２９ｂは、断面略円形である流通路２８の内側に直径方向に架設され、互いに９０°で交差している。リブ２９ｂの突出長さはさらに長くなっている。この場合、一方のリブ２９ｂについては、流通路２８の内側の直径方向に一体として延びるものとし、他方のリブ２９ｂについては、一方のリブ２９ｂに嵌合もしくは接触などするように分割し、または一体として流通路２８の内側の直径方向に延びるものとする場合には、互いに異なる位置に配置するなどが可能である。
【００４０】
さらに、図５       ＜ｃ＞に示したように、リブ２９ｃは単一のものとして、断面略円形である流通路２８の内側の直径方向に架設されている。リブ２９ｃは、図４に示したリブ２９および図５＜ａ＞に示したリブ２９ａの個々の突出長さよりも長いため、旋回流２６の減衰および抑制効果が高まる。
【００４１】
このようなリブ２９ａ、２９ｂ、２９ｃについても、流通路２８の長さ方向に個数、長さなどを適宜に設定することができる。
【００４２】
図６は、本発明の気体溶解装置の第３実施形態を示した要部概略平面図であり、上記第１実施形態について示した図３に対応するものである。
【００４３】
図６に示した整流手段３０では、エルボ継手３１がコーナー部１９に配設されている。エルボ継手３１は、下流側の垂直に立ち上がる垂直部３１ａの中心軸が、エルボ継手３１よりも上流側に位置する流入流路１０の水平部１０ａの中心軸からずれている。すなわち、エルボ継手３１の流通路３２において、略水平に配置される水平部３１ｂに形成されている流通路３２ａは、流入流路１０の水平部１０ａに対し、斜めに延びている。このような流通路３２ａが形成された水平部３１ｂに流入流路１０の水平部１０ａの一端部が接続され、垂直部３１ａに流入流路１０の垂直部１０ｂが接続されている。
【００４４】
そして、整流手段３０は、流入流路１０の水平部１０ａを流れ、流速分布２５を有する流体において流速の速い部分２５ａが、エルボ継手３１の垂直部３１ａの中心軸に一致するように、エルボ継手３１がコーナー部１９に配設されて形成されている。このため、図６に示したように、整流手段３０は、エルボ継手３１に流入する流体の流れの分布を偏らせず、エルボ継手３１の垂直部３１ａの中心軸に向けて流通させることができ、旋回流の発生そのものを抑制することができる。
【００４５】
このような整流手段３０における流体の流量は、エルボ継手３１の水平部３１ｂにおける流通路３２ａおよび垂直部３１ａにおける流通路３２ｂの内径を流入流路１０の水平部１０ａと同等のものとすることにより、十分に確保される。
【００４６】
なお、本発明の気体溶解装置は、上記実施形態に限定されることはない。溶解タンクやポンプなどの構成、構造、形状、大きさなどについては様々な形態が可能である。たとえば溶解タンクは、必ずしも水平方向に対して傾斜して配置する必要はなく、水平配置される態様も本発明に包含される。また、図１、図２に示したように、溶解タンク２の低位側の部分１１には、上壁部に溶解タンク２内に貯留する気体の排気弁３３などを配設することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の気体溶解装置の第１実施形態を示した斜視図である。
【図２】図１に示した気体溶解装置の概略構成図である。
【図３】図１に示した気体溶解装置のポンプ周辺を示した概略平面図である。
【図４】本発明の気体溶解装置の第２実施形態を示した要部概略平面図である。
【図５】＜ａ＞＜ｂ＞＜ｃ＞は、それぞれ、図４に示した気体溶解装置における整流手段の変形例を示した要部概略平面図である。
【図６】本発明の気体溶解装置の第３実施形態を示した要部概略平面図である。
【図７】従来の気体溶解装置にコーナー部を接続することによって発生する旋回流にともなう問題を示した平面図である。
【図８】従来の気体溶解装置にコーナー部を接続することによって発生する旋回流について示した要部平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  気体溶解装置
２  溶解タンク
３  ポンプ
９  流入口
１０  流入流路
１０ａ  水平部
１０ｂ  垂直部
１２  流出口
１７  液体
１９  コーナー部
２３、２７、３０  整流手段
２４、２８、３２  流通路
２５ａ  流速の速い部分
２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ  リブ
３１  エルボ継手
３１ａ  垂直部
【図１】
2010104870.tif 000003
【図２】
2010104870.tif 000004
【図３】
2010104870.tif 000005
【図４】
2010104870.tif 000006
【図５】
2010104870.tif 000007
【図６】
2010104870.tif 000008
【図７】
2010104870.tif 000009
【図８】
2010104870.tif 000010