(57)【要約】【課題】気液分離を促進させ、運転中においても大きな気泡が流出するのを抑制することのできる気体溶解装置を提供すること。【解決手段】タンク２の高さ方向に延びる第１のリブ１０と第２のリブ１１がタンク内に配設され、第１のリブは、流入口７と流出口３の間に配置され、第２のリブは、第１のリブと流出口の間に配置されている。【選択図】図１
2010029754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクを備え、流体をタンク底部側からタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口と流出口はタンクの長さ方向に間隔を隔てて配置され、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、タンクの高さ方向に延びる第１のリブと第２のリブがタンク内に配設され、第１のリブは、流入口と流出口の間に配置され、第２のリブは、第１のリブと流出口の間に配置されていることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
第１のリブの上端はタンクの内側上面の下側に位置してタンクの内側上面との間に隙間が形成され、第１のリブの下端は、気体溶解装置の運転中にタンク内に貯留する液体の液面の下側に配置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３】
第２のリブはタンクの内側底面から上方に突設され、第２のリブの上端は、気体溶解装置の運転中にタンク内に貯留する液体の液面と同じ高さまたはやや高い高さに配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項４】
第２のリブの上端は、流体が流入口から噴出してタンク内に流入可能となる下限圧力のときにタンク内に貯留する液体の液面と同じ高さまたはやや高い高さに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の気体溶解装置。
【請求項５】
流出口は、流出する液体の流速が０．１ｍ/ｓ以下となる面積を有していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項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、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、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。
【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】
しかしながら、その後の検討により、特許文献１に記載した気体溶解装置は、筒状体に気液混合流体が流入した直後の大きな気泡の流出の抑制に有効であるものの、運転中の大きな気泡の流出に対しては改善が必要とされることが明らかになった。気体溶解装置の運転中、大きな気泡は筒状体内で液体の流れに乗って移動する。したがって、大きな気泡が流出口から筒状体の外部に流出するのを抑えるためには、大きな気泡が流出口に至るまでの間にいかにして気液分離を図るかが重要なポイントとなる。
【０００６】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、気液分離を促進させ、運転中においても大きな気泡が流出するのを抑制す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】
【０００７】
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。
【０００８】
第１の発明は、タンクを備え、流体をタンク底部側からタンク内に導入する流入口と、気体の溶解した液体をタンク底部から取り出す流出口とがタンクに設けられ、流入口と流出口はタンクの長さ方向に間隔を隔てて配置され、流入口から噴出してタンク内に流入する流体にタンク内に貯留している気体を混合し、溶解させ、気体の溶解した液体を流出口からタンクの外部に取り出す気体溶解装置であって、タンクの高さ方向に延びる第１のリブと第２のリブがタンク内に配設され、第１のリブは、流入口と流出口の間に配置され、第２のリブは、第１のリブと流出口の間に配置されていることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明の特徴において、第１のリブの上端はタンクの内側上面の下側に位置してタンクの内側上面との間に隙間が形成され、第１のリブの下端は、気体溶解装置の運転中にタンク内に貯留する液体の液面の下側に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明の特徴において、第２のリブはタンクの内側底面から上方に突設され、第２のリブの上端は、気体溶解装置の運転中にタンク内に貯留する液体の液面と同じ高さまたはやや高い高さに配置されていることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、上記第３の発明の特徴において、第２のリブの上端は、流体が流入口から噴出してタンク内に流入可能となる下限圧力のときにタンク内に貯留する液体の液面と同じ高さまたはやや高い高さに配置されていることを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、上記第１ないし第４いずれか一つの発明の特徴において、流出口は、流出する液体の流速が０．１ｍ/ｓ以下となる面積を有し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、タンクの内側上面に衝突してタンク内で飛散する流体が流出口に向かうことや、液体が攪拌されることによって生じる大きな気泡の流出を第１のリブが抑制し、大きな気泡がそのまま流出口から流出するのを抑制することができる。また、タンク内に貯留する液体が流出口に流れ込む前に、第２のリブが一旦流れを気液界面である液面付近にまで持ち上げ、気液分離を促進させる。したがって、運転中においても大きな気泡がタンクから外部に流出するのが抑制される。
【００１４】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、第１のリブの上端とタンクの内側上面の間に隙間が形成され、第１のリブがタンク内に配設されていても、上端とタンクの内側上面の間の隙間を通じてタンク内に貯留している気体をタンク内の全体に行き渡らせることができる。このため、タンク内に貯留している気体を流体に十分に接触させることができ、混合して溶解させることができる。
【００１５】
また、上記第２の発明によれば、タンク内に貯留する液体の流れが、第１のリブの下端部を潜り込むような流れになり、潜り込む際に気液分離がより促進される。大きな気泡の流出をより抑制することができる。
【００１６】
上記第３の発明によれば、上記第１または第２の発明の効果に加え、タンク内に貯留する液体の流れは第２のリブを乗り越える流れとなり、しかもこの流れは気液界面を通過する流れとなるため、液体が第２のリブを乗り越えるときにも気液分離が促進される。大きな気泡の流出を一層抑制することができる。
【００１７】
上記第４の発明によれば、上記第３の発明の効果が確実に得られる。
【００１８】
上記第５の発明によれば、上記第１ないし第４いずれか一つの発明の効果に加え、流出する液体の流速を遅くすることができ、大きな気泡の流出をより一層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】
【００１９】
図１、図２は、それぞれ、本発明の気体溶解装置の一実施形態を示した斜視図、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
気体溶解装置１は、横長で略直方体形状を有する中空なタンク２を備え、タンク２は水平に配置されている。
【００２１】
タンク２には、底面部２１において左側壁部２２に隣接する部分に円形の流出口３が底面部２１を上下方向に貫通して形成されている。流出口３の周囲からタンク２の下側に向かって円管状の流出管接続部４が延設されている。流出管接続部４は、タンク２の底面部２１に対して垂直に延び、先端部４１の口径が流出口３の口径より小さくなっている。流出管接続部４の先端部４１は流出管５との接続が可能とされている。
【００２２】
また、タンク２には、長さ方向の中央部より右側壁部２３寄りに円管状の流入管接続部６が接続されている。流入管接続部６は、タンク２の内外に渡ってタンク２の底面部２１に対して垂直に延び、タンク２の底面部２１からタンク２の内部に導入されている。流入管接続部６のタンク２内に配置された部分はタンク２の高さ方向に延びている。流入管接続部６の内部には流入口７が形成されている。流入管接続部６の下端部６１は流入管８との接続が可能とされている。流入管接続部６の上端部６２の高さは、流入口７の上端から気液混合流体がタンク２内に噴出し、飛散可能となるように、たとえば、気体溶解装置１の運転中にタンク２内に貯留する液体９の液面９１の近くから上方とすることが好ましいが、多少それより低くてもよい。液面９１の高さは、流入口７からタンク２内に流入する気液混合流体の流量や流出口３から流出する液体９の流量、さらにタンク２の容積などに基づいて算出することができる。
【００２３】
さらに、タンク２には、内部に、タンク２の高さ方向に延びる２つのリブ、すなわち、第１のリブ１０および第２のリブ１１が配設されている。第１のリブ１０、第２のリブ１１は、ともに平板状の形状を有している。
【００２４】
第１のリブ１０は、流入管接続部６の内部に形成された流入口７と流出口３の間に配置され、タンク２の後壁部２４から前壁部２５に向かってタンク２内に突出している。第１のリブ１０の上端１０ａは、タンク２の内側上面を形成する上面部２６の内面２６ａの下側に位置している。そして、第１のリブ１０の上端１０ａとタンク２の上面部２６の内面２６ａの間に隙間１２が形成されている。第１のリブ１０の下端１０ｂは、気体溶解装置１の運転中にタンク２内に貯留する液体９の液面９１の下側に配置され、第１のリブ１０の下端部が液体９に浸漬可能とされている。
【００２５】
一方、第２のリブ１１は、流出口３に隣接して右側に配置され、第１のリブ１０と流出口３の間に配置されている。また、第２のリブ１１は、タンク２の内側底面を形成する底面部２１の内面２１ａから上方に突設されている。第２のリブ１１の上端１１ａは、気体溶解装置１の運転中にタンク２内に貯留する液体９の液面９１と同じ高さまたはやや高い高さに配置されている。
【００２６】
このような第１のリブ１０および第２のリブ１１は、タンク２の前壁部２５の内面から後壁部２４の内面にかけてタンク２の奥行全体に延びていても、タンク２の奥行未満の長さを有するものとしてタンク２の奥行方向に部分的に設けられていてもよい。また、第１のリブ１０は、タンク２の前壁部２５から後壁部２４に向かって突出させたり、前壁部２５および後壁部２４からタンク２の奥行方向に延びる連結片を介してタンク２内に配置させたりすることもできる。
【００２７】
そして、タンク２の上面部２６には、左側壁部２２寄りの部分にタンク２内を外部に連通する円形の空気導入口１３が形成されている。空気導入口１３の周囲から垂直上方に円筒状の接続部１４が接続され、接続部１４はタンク２の上面部２６の上側に延び、加圧した気体を供給するポンプに接続可能とされている。
【００２８】
気体溶解装置１では、運転前に空気などの溶質となる気体がタンク２内に加圧されて貯留している。
【００２９】
運転を開始すると、流入管８を通じて、タンク２内に貯留している気体と同じ種類の気体と水などの溶媒となる液体とが混合され、所定の圧力に加圧された気液混合流体が流入管接続部６に供給され、気液混合流体は、流入口７の先端から噴出し、タンク２内に流入する。流入する気液混合流体は、流入口７と対向するタンク２の上面部２６の内面２６ａに衝突し、跳ね返り、次第にタンク２の底部に溜まっていく。また、上面部２６の内面２６ａに衝突し、跳ね返る気液混合流体は、タンク２内に貯留する液体９の液面９１に衝突し、液体９を攪拌する。このときの攪拌などによって、タンク２内に貯留している気体と液体９、また、気液混合流体中の気体と液体が混合され、気体の液体９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９に気泡として混合されている気体が細分化され、液体９と接触する表面積が大きくなるのに加え、液面９１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９への溶解速度が上昇することによる。
【００３０】
このようにして気体の溶解した液体９が、流出口３を通じて流出管接続部４に流出し、流出管５に送り込まれ、タンク２の外部に取り出される。タンク２内に貯留する液体９には、また、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、タンク２内に貯留する液体９の上側ほど密に存在し、液面９１付近には大きな気泡が存在する。一方、タンク２の底部付近ではあまり存在しない。流出口３はタンク２の底面部２１に形成されているので、液体９を大きな気泡がほとんど存在していない下側から取り出すことができるが、運転直後および運転中の大きな気泡の流出を抑えるために、気体溶解装置１には第１のリブ１０および第２のリブ１１が設けられている。
【００３１】
第１のリブ１０は、タンク２の上面部２６の内面２６ａに衝突してタンク２内で飛散する気液混合流体が流出口３に向かうことや、液体９が攪拌されることによって生じる大きな気泡が、液体９の流れに乗って流出口３から流出することを抑制する。流出口３に向かおうとする気液混合流体は、第１のリブ１０に衝突し、跳ね返され、タンク２の底部に向かう。このようにして、タンク２の上面部２６の内面２６ａに衝突した気液混合流体が直接流出口３から流出するのが第１のリブ１０によって抑制される。したがって、気体溶解装置１は、気液混合流体の流入直後や運転中に発生する大きな気泡がそのまま流出するのを抑制することができる。
【００３２】
なお、第１のリブ１０の上端１０ａは、タンク２の上面部２６の内面２６ａの下側に位置しているので、第１のリブ１０がタンク２内に配設されていても、第１のリブ１０の上端１０ａとタンク２の上面部２６の内面２６ａとの間に形成された隙間１２を通じてタンク２内に貯留している気体をタンク２内の全体に行き渡らせることができる。このため、タンク２内に貯留している気体を気液混合流体に十分に接触させることができ、混合して溶解させることができる。
【００３３】
第２のリブ１１は、タンク２内に貯留する液体９が流出口３に流れ込む前に一旦流れを気液界面である液面９１付近にまで持ち上げ、気液分離を促進させる。このため、気体溶解装置１は、運転中においても大きな気泡がタンク２から外部に流出するのを抑制することができる。
【００３４】
また、第１のリブ１０の下端１０ｂは、気体溶解装置１の運転中にタンク２内に貯留する液体９の液面９１の下側に配置されているので、流出口３に向かう液体９の流れは、液体９に浸漬している第１のリブ１０の下端部を潜り込むような流れになる。液体９が第１のリブ１０の下端部を潜り込む際に気液分離がより促進される。したがって、気体溶解装置１は、運転中における大きな気泡の流出をより抑制することができる。
【００３５】
しかも、第２のリブ１１の上端１１ａは、気体溶解装置１の運転中にタンク２内に貯留する液体９の液面９１と同じ高さまたはやや高い高さに配置されているので、液体９の流れは第２のリブ１１を乗り越える流れとなる。この流れは液面９１、すなわち気液界面を通過する流れとなるため、液体が第２のリブ１１を乗り越えるときにも気液分離が促進される。気体溶解装置１は、大きな気泡の流出を一層抑制することができる。
【００３６】
なお、流入口７からタンク２内に噴出する気液混合流体の圧力は必ずしも一定ではなく、ばらつくことがある。このような場合を想定して気体溶解装置１では、第２のリブ１１の上端１１ａの高さは、気液混合流体が流入口７から噴出してタンク２内に流入可能となる下限圧力のときにタンク２内に貯留する液体９の液面９１と同じ高さまたはやや高い高さに配置することができる。第２のリブ１１によって液体９に乗り越えさせる流れを確実に形成させることができる。
【００３７】
また、気液混合流体の圧力にばらつきが想定される場合には、流入管接続部６の上端部６２の高さは、気体の液体９への溶解効率を考慮して、気液混合流体が流入口７から噴出してタンク２内に流入可能となる下限圧力のときにタンク２内に貯留する液体９の液面９１より上方の位置とするのが適当である。好ましくは、流入管接続部６の上端の高さを気液混合流体の平均圧力時にタンク２内に貯留する液体９の液面９１と同じ高さにする。このようにすることによって、液体９への気体の溶解量を気液混合流体の圧力に関わりなくほぼ一定にすることができ、気体の溶解量のバラツキを抑えることができる。
【００３８】
さらに、流出口３における液体９の流れが速い場合、第１のリブ１０および第２のリブ１１の配設によっても大きな気泡が流れに乗って流出することが想定される。そこで、気体溶解装置１では、流出口３を、流出口３から流出する液体９の流速が０．１ｍ/ｓ以下となる面積を有するものとして配設することができる。流出口３が、流出する液体９の流速が０．１ｍ/ｓ以下となる面積を有していれば、液体９の流速を遅くすることができ、大きな気泡の流出をより一層抑制することができる。流速０．１ｍ/ｓ以下は、液体９の流量が１５リットル/分のときに、円形の流出口３とした場合、φ５７ｍｍ以上にすることにより実現される。実際、流速０．１ｍ/ｓ以下の流速により大きな気泡の流出が抑制されることが確認されている。
【００３９】
図３は、本発明の気体溶解装置の別の実施形態を示した断面図である。
【００４０】
気体溶解装置１５において図１および図２に示した気体溶解装置１と相違する点は、タンク２の流入管接続部６が接続されている右側壁部２３側を流出口３が形成されている左側壁部２２側よりも高くなるように配置し、底面部２１を水平面に対して角度θだけ傾けている点である。他の点は気体溶解装置１と同じである。対応する部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
このように、タンク２を水平に配置するのではなく、上記のように、底面部２１を水平面に対して角度θだけ傾けて配置することによって、流出口３側の液体９の深さをタンク２を水平に配置するときの液体９の深さより深くすることができる。このため、液体９の下側には大きな気泡がほとんど存在しなくなり、気体溶解装置１５は、大きな気泡の流出をさらに一層抑制することができる。また、タンク２の設置スペースのコンパクト化を図ることができ、気体溶解装置１５は、省スペースなものとなっている。
【００４２】
なお、上記の実施形態では、タンク２に導入する流体として、あらかじめ気体を混合した気液混合流体を例示したが、タンク２には気体が混合されない単なる流体を導入することもできる。この場合も同様に、タンク２内に貯留する加圧された気体を流体に溶解することができる。また、上記の実施形態では、空気導入口１３から加圧された気体が供給されることを例示したが、たとえば、大気圧の空気を空気導入口１３からタンク２内に導入することもでき、液体９に溶解させることができる。
【００４３】
また、図１、図２および図３に示した気体溶解装置１、１５は、横長で略直方体形状を有する中空なタンク２を備えたものであるが、本発明の気体溶解装置においてタンクは、上記形状に限定されることはなく、先に提案している気体溶解装置（特許文献１に記載）のように、横長円筒状などとすることもできる。また、図３に示した気体溶解装置１５のようにタンク２を水平面から所定角度傾けて配置する場合には、流入管接続部、第１のリブおよび第２のリブは、タンクの底面部に対して直角に配置するばかりでなく、水平面に対して直角に配置することもできる。さらに、流入管接続部のタンクの底部への接続位置および流出口のタンクの底部への形成位置についても先に提案している気体溶解装置に倣うことができ、この場合、上記と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の気体溶解装置の一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Ａ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の気体溶解装置の別の実施形態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１５  気体溶解装置
２  タンク
３  流出口
７  流入口
９  液体
９１  液面
１０  第１のリブ
１０ａ  上端
１０ｂ  下端
１１  第２のリブ
１１ａ  上端
【図１】
2010029754.tif 000003
【図２】
2010029754.tif 000004
【図３】
2010029754.tif 000005