(57)【要約】【課題】液体中に高濃度の気体溶解を行なえる気体溶解装置を提供する。【解決手段】密閉タンク12内に上向きに気液混合エジェクタ15Aを設置する。密閉タンク12は、下部の液体が溜まる液体室13に対して上部の気体が溜まる気体室14を有する。気液混合エジェクタ15Aは、気液供給手段21Aにより気液混合エジェクタ15Aの下部に供給した気体Ａおよび液体Ｂの気液混合流に密閉タンク12内の液体Ｄを吸引させて形成した気液混合噴射流Ｅを上方へ噴射する。気液混合エジェクタ15Aより下側に位置する液取出口42から密閉タンク12内の気体溶解状態の液体を外部に取り出す。気液供給手段21Aは、気液混合エジェクタ15Aから噴射した気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させて気体室14内の気体中で飛沫化させることを可能とする程度に気液混合エジェクタ15Aに供給する液体Ｂを加圧するポンプ37Aを備えている。【選択図】図１
2014104459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉タンクと、
この密閉タンク内に上向きに設置され、外部より下部に供給された気体および液体の気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引して形成した気液混合噴射流を上方へ噴射する気液混合エジェクタと、
この気液混合エジェクタに気体および液体を供給する気液供給手段と、
気液混合エジェクタより下側に位置する液取出口から密閉タンク内の気体が溶解された液体を外部に取り出す液取出手段とを具備し、
密閉タンクは、下部の液体が溜まる液体室に対して上部の気体が溜まる気体室を有し、
気液供給手段は、気液混合エジェクタから噴射した気液混合噴射流を密閉タンク内の液面から気体室に噴出させて気体室内の気体中で飛沫化させることを可能とする程度に気液混合エジェクタに供給される液体を加圧するポンプを備えた
ことを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
密閉タンク内の液体中への気体溶解濃度の上昇に応じて下降する液面の下降限界位置を検知する液面検知手段と、
この液面検知手段による液面の下降限界位置の検知により気液混合エジェクタへの気体の供給を停止させるための信号を出力する制御手段と
を具備した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】
気液供給手段は、気体および液体をそれぞれ気液混合エジェクタに加圧供給する
ことを特徴とする請求項１または２記載の気体溶解装置。
【請求項４】
気液混合エジェクタは、
外部より加圧供給された液体により生じた液体流に外部より供給された気体を吸引させて気液混合流を生じさせる第１エジェクタと、
この第１エジェクタから吐出された気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引させて加えた気液混合流を噴射する第２エジェクタと
を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の気体溶解装置。
【請求項５】
気液供給手段は、液体とともに気体を吸引して気液を混合しながら移送しつつ昇圧させて気液混合エジェクタに気液混合流を加圧供給する渦流ポンプを備えた
ことを特徴とする請求項１または２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、気液混合エジェクタを備えた気体溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体と気体を密閉タンク内に噴射して液体中に気体を溶解させる気体溶解装置としては、密閉タンク（耐圧容器）の頂部に、外部より加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を下方に向けて噴射する１個または複数の穴を有するノズルを設け、密閉タンク下部内の空間に碗状の気液分離材を支持し、密閉タンク内面と気液分離材の外面とのすき間の面積と流量による流下速度と気泡の液体中での上昇速度の関係から選択的に気液分離をする気体溶解装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６９２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この気体溶解装置は、気液分離材よりも上部の密閉タンク内で発生する循環流や渦流により気体溶解が可能になるというものであるが、このような密閉タンクの頂部に設けられたノズルより加圧された液体と気体または気泡混じりの液体を密閉タンク内に噴射するのみでは、液体中に高濃度の気体溶解を行なうことは困難である。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液体中に高濃度の気体溶解を行なえる気体溶解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された発明は、密閉タンクと、この密閉タンク内に上向きに設置され、外部より下部に供給された気体および液体の気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引して形成した気液混合噴射流を上方へ噴射する気液混合エジェクタと、この気液混合エジェクタに気体および液体を供給する気液供給手段と、気液混合エジェクタより下側に位置する液取出口から密閉タンク内の気体が溶解された液体を外部に取り出す液取出手段とを具備し、密閉タンクは、下部の液体が溜まる液体室に対して上部の気体が溜まる気体室を有し、気液供給手段は、気液混合エジェクタから噴射した気液混合噴射流を密閉タンク内の液面から気体室に噴出させて気体室内の気体中で飛沫化させることを可能とする程度に気液混合エジェクタに供給される液体を加圧するポンプを備えた構成の気体溶解装置である。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の気体溶解装置において、密閉タンク内の液体中への気体溶解濃度の上昇に応じて下降する液面の下降限界位置を検知する液面検知手段と、この液面検知手段による液面の下降限界位置の検知により気液混合エジェクタへの気体の供給を停止させるための信号を出力する制御手段とを具備した構成である。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の気体溶解装置における気液供給手段が、気体および液体をそれぞれ気液混合エジェクタに加圧供給するとしたものである。
【０００９】
請求項４に記載された発明は、請求項１または２記載の気体溶解装置における気液混合エジェクタが、外部より加圧供給された液体により生じた液体流に外部より供給された気体を吸引させて気液混合流を生じさせる第１エジェクタと、この第１エジェクタから吐出された気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引させて加えた気液混合流を噴射する第２エジェクタとを具備したものである。
【００１０】
請求項５に記載された発明は、請求項１または２記載の気体溶解装置における気液供給手段が、液体とともに気体を吸引して気液を混合しながら移送しつつ昇圧させて気液混合エジェクタに気液混合流を加圧供給する渦流ポンプを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、気液供給手段によって気液混合エジェクタの下部に供給された気体および液体の気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引させ内部で混合して形成した気液混合噴射流を気液混合エジェクタの上部よりさらに密閉タンク内の液体中に噴射させることで気液を気液混合エジェクタの内外で激しく混合攪拌する過程と、気液混合エジェクタから噴射した気液混合噴射流を密閉タンク内の液面から気体室に噴出させてこの気体室内の気体中で飛沫化させ気体と大きな接触面積で衝突接触させることで液体中への気体の溶解を促進させる過程とを組み合せることで、液体中に気体を効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体溶解を行なうことができる。さらに、液取出手段は、気液混合エジェクタより下側に位置する液取出口から密閉タンク内の気体溶解状態の液体を外部に取り出すので、密閉タンク内の液体中に溶解されていない未溶解の気泡は、タンク内液面から液循環流に乗って下降する際でも液取出口に到達する前に気液混合エジェクタにエジェクタ周囲液体とともに吸い込まれて再度気液混合されるため、気体が溶解された液体のみを外部に取り出すことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、密閉タンク内の液体中への気体溶解濃度が上昇するに応じて液体中への気体溶解速度が低下し、気体室の容積が拡大する現象、すなわち密閉タンク内の液面が下降する現象を利用して、液面検知手段による液面の下降限界位置の検知により、制御手段は気液混合エジェクタへの気体の供給を停止させるための信号を出力するので、簡易なシステムにより気体溶解濃度を管理できる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、液体だけでなく気体も気液混合エジェクタに加圧供給するので、液体を供給するためのポンプは低圧域で用いることができる安価なものであってもよく、気液混合エジェクタが有する気体吸引機能によって多量の気体を液体中に効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体溶解を行なえる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、第１エジェクタにより外部より加圧供給された液体により生じた液体流に外部より供給された気体を吸引させるので、気体の圧力源が不要であるとともに多量の気体を吸引でき、さらに、第１エジェクタにより気液を混合して気液混合流を作る過程と、第２エジェクタにより気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引させて混合し気液混合噴射流を作る過程と、この気液混合噴射流を密閉タンク内の液面から気体室に噴出させて気体室内で気液を混合する過程とで、液体中に気体を効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体を溶解させることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、渦流ポンプは液体とともに気体を吸引するので、気体の圧力源が不要であり、さらに、渦流ポンプは気液を混合しながら移送しつつ昇圧させて気液混合エジェクタに気液混合流を加圧供給するので、渦流ポンプ内で気液を混合して気液混合流を作る過程と、気液混合エジェクタにより気液混合流に密閉タンク内の液体を吸引させて混合し気液混合噴射流を作る過程と、この気液混合噴射流を気体室に噴出させて気液を混合する過程とで、液体中に気体を効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体溶解を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る気体溶解装置の第１実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上装置の気液混合エジェクタを示す断面図である。
【図３】本発明に係る気体溶解装置の第２実施の形態を示す回路図である。
【図４】同上装置の気液混合エジェクタを示す断面図である。
【図５】本発明に係る気体溶解装置の第３実施の形態を示す回路図である。
【図６】同上装置の気液混合エジェクタを示す断面図である。
【図７】同上装置の渦流ポンプを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を、図１および図２に示された第１実施の形態、図３および図４に示された第２実施の形態、図５乃至図７に示された第３実施の形態に基いて詳細に説明する。
【００１８】
先ず、図１および図２に示された第１実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、気体溶解装置11の全体を示し、球面状のタンク下底部12aおよびタンク天蓋部12bを有する円筒状の密閉タンク12を中心に構成されている。この密閉タンク12は、下部の液体が溜まる液体室13に対して上部の気体が溜まる気体室14を有する。この密閉タンク12内の液体室13に、気液混合エジェクタ15Aが上向きに設置されている。
【００２０】
図２に示されるように、この気液混合エジェクタ15Aは、ノズル部16の先端上にディフューザ17の入口17aが対向する状態で、複数の連結部18によりノズル部16とディフューザ17とを一体化したものであり、これらのノズル部16の先端とディフューザ17の入口17aとの間に液体を吸い込むための液体吸込口19が、複数の連結部18間に設けられたエジェクタ構造である。
【００２１】
ディフューザ17は、入口17aに対して通路を絞るように形成したスロート部17bが連続的に成形され、このスロート部17bに対して通路断面積を漸次拡大するラッパ形の通路断面拡大部17cが連続的に形成され、出口17dが上方に開放されている。
【００２２】
ノズル部16の入口側には、気液混合エジェクタ15Aに気体Ａおよび液体Ｂを供給する気液供給手段21Aの気液供給管部22が接続されている。この気液供給管部22は、気体Ａを注入する気体注入管23が、液体Ｂを供給する液体供給管24内に周方向の通液間隙を介して同心状に挿入されたものである。
【００２３】
よって、気液混合エジェクタ15Aは、外部より下部のノズル部16に、気液供給手段21Aから気体Ａおよび液体Ｂの気液混合流Ｃを供給すると、ノズル部16の先端から噴出する気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄが吸引されて混合され噴射される気液混合噴射流Ｅが形成され、この気液混合噴射流Ｅを上部の出口17dより噴射するように構成されている。
【００２４】
図１に示されるように、密閉タンク12のタンク天蓋部12bには密閉タンク12内の気液を分離して気体のみを外部に排出する気液分離器26が設けられ、この気液分離器26に密閉タンク12内の圧力を計測する圧力計27と、密閉タンク12内の圧力を抜く電磁式の圧抜弁28とが接続されている。圧抜弁28は、大気に解放できない気体の場合は、その気体を回収する設備に接続されている。
【００２５】
気液供給手段21Aは、気体および液体をそれぞれ気液混合エジェクタ15Aに加圧供給するものであり、酸素ボンベや炭酸ガスボンベなどの気体供給源31からバルブ32、電磁式に開閉されるバルブ33および逆止弁34を経て気液混合エジェクタ15Aに酸素や炭酸ガスなどの気体を加圧状態で供給する気体供給配管系35と、下水処理場や浴槽などの液体槽36より液体を汲み出して加圧するポンプ37Aから逆止弁38および圧力計39を経て気液混合エジェクタ15Aに液体を加圧供給する液体供給配管系40とを備えている。
【００２６】
この液体供給配管系40のポンプ37Aは、気液混合エジェクタ15Aから噴射した気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させてこの気体室14内の気体中で飛沫化させ気体と大きな接触面積で衝突接触させることを可能とする程度に気液混合エジェクタ15Aに供給される液体Ｂを加圧する機能を備えている。
【００２７】
密閉タンク12のタンク下底部12aには、密閉タンク12内の気体が溶解された液体を外部に取り出す液取出手段41が設けられている。この液取出手段41は、密閉タンク12のタンク下底部12aに、気液混合エジェクタ15Aより下側に位置する液取出口42を設け、この液取出口42から取り出した気体溶解液体をバルブ43を経て液体槽36に戻す戻し配管系44を設けたものである。
【００２８】
密閉タンク12の内部には、気液混合エジェクタ15Aの液体吸込口19と液取出口42との間に気液分離層部45が形成されている。この気液分離層部45では、液体中へ溶解されなかった大粒の泡状気体が分離され、この分離された泡状気体は、気液混合エジェクタ15Aの液体吸込口19にエジェクタ周囲液体とともに吸い込まれ、再度液体中に溶解処理されるように構成されている。
【００２９】
密閉タンク12の外部には密閉タンク12内の液面Ｆのレベルを検出するための液面計46が密閉タンク12に沿って設置されている。この液面計46は、密閉タンク12のタンク下底部12aとタンク天蓋部12bとを、密閉タンク12と平行に配管された透明の連通管47により連通し、この連通管47の液位は密閉タンク12内の液位と連動しているので、密閉タンク12内の液面Ｆのレベルを連通管47を透して外部から目視確認できるようにしたものである。
【００３０】
この連通管47の比較的下部には、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度の上昇に応じて下降する液面Ｆの下降限界位置を検知する例えば静電容量式液面センサ、電極式液面センサなどの液面検知手段48が設けられている。
【００３１】
この液面検知手段48による液面Ｆの下降限界位置の検知により気液混合エジェクタ15Aへの気体Ａの供給を停止させるための信号を出力する制御盤などの制御手段49が設けられている。この制御手段49からは、電磁式の圧抜弁28を開閉する信号、気体供給配管系35に設けられた電磁式のバルブ33を開閉する信号、ポンプ37Aを始動・停止させる信号、またはブザーやランプなどの異常報知器50を作動する信号が出力される。
【００３２】
次に、この図１および図２に示された実施の形態の作用効果を説明する。
【００３３】
液体槽36内からポンプ37Aによって気液混合エジェクタ15Aの下部に供給した液体に、気体供給源31から気体供給配管系35を通して供給した気体を混合して、気液混合エジェクタ15Aのノズル部16に気液混合流Ｃを加圧供給し、このノズル部16の先端からディフューザ17の入口17aを経てスロート部17bに向けて高速の気液混合流Ｃを噴出させる。
【００３４】
この高速気液混合流の周囲には負圧空間が形成されるので、この負圧空間に吸い込まれるように周囲の液体吸込口19より密閉タンク12内の液体Ｄが吸引され、これらの気液混合流Ｃと液体Ｄとが混合された気液混合流は、ディフューザ17のスロート部17bからラッパ形の通路断面拡大部17cで混合攪拌されつつ昇圧されて上部の出口17dより噴射される気液混合噴射流Ｅとなり、この気液混合エジェクタ15Aから噴射した気液混合噴射流Ｅは、密閉タンク12内の液体中を通して密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出して飛沫化し、この気体室14内の気体中で飛沫化した液体は、気体との接触面積を拡大した状態で、気体と衝突接触しつつ、タンク内液面に落下する。
【００３５】
このとき、気液混合エジェクタ15Aの内部で激しい気液混合作用が生じ、また、気液混合エジェクタ15Aから噴射した気液混合噴射流Ｅとタンク内液体との間で激しい気液混合撹拌作用が生じ、さらに、気体室14内での気液混合噴射流Ｅの噴出、飛沫化および気体との衝突接触により激しい気液混合作用が生じ、密閉タンク12内の液体中への気体の溶解が促進される。
【００３６】
気液混合エジェクタ15Aを用いることによって、ノズル部16よりディフューザ17のスロート部17bに高速で噴出した気液混合流Ｃの周囲は真空状態となり、気液混合流Ｃは周囲の液体Ｄを大量に吸込みながら通路断面拡大部17cに流入して、この通路断面拡大部17cの内部で混合攪拌されつつ昇圧されて噴射される気液混合噴射流Ｅとなるので、ノズル部16に供給された気液混合流Ｃの元供給量に対し、密閉タンク12内の液体Ｄの周囲吸込量は３〜４倍にもなり、ディフューザ17から噴射される気液混合噴射流Ｅの総噴射量は、気液混合流Ｃの元供給量と、その元供給量の３〜４倍の周囲吸込量との和となる。よって、気液混合エジェクタ15Aから噴射される気液混合噴射流Ｅの噴射量は著しく増大するので、上記密閉タンク12内の各段階における気液混合撹拌能力が高まり、液体中への気体の溶解効率が高くなる。
【００３７】
特に、気液混合エジェクタ15Aから噴射された気液混合噴射流Ｅは、気液接触空間として機能する気体室14に噴出すると、この気体室14内で飛沫化し、この気体室14の気体と大きな接触面積で衝突接触するので、液体中への気体の溶解を効率良く促進させることができる。
【００３８】
また、気液混合エジェクタ15Aが周囲から液体とともに未溶解の気体を吸込むので、すなわち、液体中に溶解せずに気体室14から比較的大粒の泡状のまま対流に乗って下降する未溶解の気体は、気液分離層部45より上方に位置する気液混合エジェクタ15Aにより液体と共に吸い込まれるので、密閉タンク12の液取出口42から未溶解の気体が排出されることを防止できる。
【００３９】
すなわち、液取出手段41は、気液混合エジェクタ15Aより気液分離層部45を介して下側に位置する液取出口42から密閉タンク12内の気体溶解状態の液体を外部に取り出すので、密閉タンク12内の液体中に溶解されていない未溶解の気泡は、液面Ｆから液循環流に乗って下降する際でも液取出口42に到達する前に、気液混合エジェクタ15Aにエジェクタ周囲液体とともに吸い込まれて再度気液混合されるため、気体が溶解された液体のみを外部に取り出すことができる。
【００４０】
これらの複数または繰り返し行われる気液混合過程で、液体中に気体が効率よく溶解し、密閉タンク12内の液体中に高濃度の気体が溶解され、例えば、気体供給源31から炭酸ガスを供給する場合は、液体槽36が炭酸泉の浴槽となる。
【００４１】
また、密閉タンク12内の液面Ｆを管理することによって、液体中への気体の溶解濃度を間接的に検出し、気体溶解装置11の運転と停止を適切に管理する。
【００４２】
すなわち、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度が上昇するに応じて液体中への気体溶解速度が低下し、気体室14の容積が拡大する現象、すなわち密閉タンク12内の液面Ｆが下降する現象を利用して、液面検知手段48による液面Ｆの下降限界位置の検知により、制御手段49は、少なくとも気体供給配管系35に設けられた電磁式のバルブ33を閉じることで、気液混合エジェクタ15Aへの気体Ａの供給を自動停止させる機能を備えている。
【００４３】
その際、制御手段49は、液面検知手段48による最初の液面検知により直ちに気体Ａの供給を自動停止させて、液面Ｆの自然な上昇を監視し、気体Ａの供給を再開してもよいが、それに限定されるものではなく、例えば、最初の液面検知で電磁式の圧抜弁28を開き、圧抜き制御して液面Ｆをいったん所定位置まで上昇させた後で、圧抜弁28を閉じて液面Ｆを下降させる現象を繰り返させることで、下降限界位置を設定した複数回検知した時点で電磁式のバルブ33を閉じることで、気液混合エジェクタ15Aへの気体Ａの供給を自動停止させるようにしてもよい。このようにすると、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度を、より高めることが可能となる。
【００４４】
このような気体Ａの供給停止によっても液面下降停止効果が現われず、液面Ｆの下降が続く場合は、ポンプ37Aを停止させ、液体Ｂの循環を自動停止させる。
【００４５】
または、制御手段49から出力された信号によりブザーやランプなどの異常報知器50を作動して、作業者にバルブ33の閉じ操作やポンプ37Aの停止操作を行なうように指示を出すようにしてもよい。
【００４６】
このように、図１および図２に示された実施の形態は、気体供給源31から気体を加圧供給するので、ガス圧力がありガス流量が多い気体を供給する場合に適し、さらに、この実施の形態によれば、気液供給手段21Aによって気液混合エジェクタ15Aの下部に供給された気体および液体の気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引させディフューザ17内で混合攪拌しつつ昇圧させた気液混合噴射流Ｅを気液混合エジェクタ15Aの上部よりさらに密閉タンク12内の液体中に噴射させることで気液を気液混合エジェクタ15Aの内外で激しく混合攪拌する過程と、気液混合エジェクタ15Aから噴射した気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させて、この気体室14の気体中で飛沫化した液体と、気体室14の気体とを、大きな接触面積で衝突接触させることで、液体中に気体を効率よく溶解させる過程とを組み合せることで、液体中に高濃度の気体溶解を行なうことができる。
【００４７】
特に、気液混合エジェクタ15Aから噴射される気液混合噴射流Ｅの総噴射量が、気液供給手段21Aからの供給液体流量と、供給気体流量と、これらの気液混合流Ｃの元供給量の３〜４倍のエジェクタ周囲からの吸込液体流量の総量であり、元供給量より著しく増大するので、密閉タンク12内の各段階における気液混合撹拌能力が高まり、液体中へ高濃度の気体を溶解できる。
【００４８】
さらに、液取出手段41は、気液混合エジェクタ15Aより気液分離層部45を介して下側に位置する液取出口42から密閉タンク12内の気体溶解状態の液体を外部に取り出すので、密閉タンク12内の液体中に溶解されていない未溶解の気泡は、液面Ｆから液循環流に乗って下降する際でも液取出口42に到達する前に気液混合エジェクタ15Aにエジェクタ周囲液体とともに吸い込まれて再度気液混合されるため、気体が溶解された液体のみを外部に取り出すことができる。
【００４９】
また、密閉タンク12内での循環方式において密閉タンク12内の液面Ｆを管理することによって、液体中への気体の溶解濃度を間接的に検出でき、装置の運転と停止を適切に管理できる。
【００５０】
すなわち、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度が上昇するに応じて液体中への気体溶解速度が低下すると、気体室14の容積が拡大し、密閉タンク12内の液面Ｆが下降する現象を利用して、液面検知手段48による液面Ｆの下降限界位置の検知により、制御手段49は気液混合エジェクタ15Aへの気体の供給を停止させるための信号を出力するので、簡易なシステムにより気体溶解濃度を適切に管理できる。
【００５１】
さらに、液体Ｂだけでなく気体Ａも気液混合エジェクタ15Aに加圧供給するので、液体Ｂを供給するためのポンプ37Aは低圧域で用いることができる安価なものであってもよく、気液混合エジェクタ15Aが有する気体吸引機能によって多量の気体Ａを液体中に効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体溶解を行なえる。
【００５２】
加えて、密閉タンク12内の気液混合エジェクタ15Aは、回転羽根式ポンプのような回転軸が不要であるため、回転軸の液密シールも不要であり、構造が簡単で安価な部品により構成できるとともに、メンテナンスも容易になる。
【００５３】
次に、図３および図４に示された第２実施の形態を説明する。なお、図１および図２に示された第１実施の形態と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
【００５４】
図３に示されるように、密閉タンク12と、この密閉タンク12内に上向きに設置され、外部より下部に供給された気体Ａおよび液体Ｂの気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引して形成した気液混合噴射流Ｅを上方へ噴射する気液混合エジェクタ15Bと、この気液混合エジェクタ15Bに気体および液体を供給する気液供給手段21Bと、気液混合エジェクタ15Bより気液分離層部45を介し下側に位置する液取出口42から密閉タンク12内の気体が溶解された液体を外部に取り出す液取出手段41と、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度の上昇に応じて下降する液面Ｆの下降限界位置を検知する液面検知手段48と、この液面検知手段48による液面Ｆの下降限界位置の検知により気液混合エジェクタ15Bへの気体Ａまたは気体Ａと液体Ｂの供給を停止させるための信号を出力する制御手段49とを具備し、密閉タンク12は、下部の液体が溜まる液体室13に対して上部の気体が溜まる気体室14を有し、気液供給手段21Bは、気液混合エジェクタ15Bから噴射した気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させて気体室14内の気体中で飛沫化させることを可能とする程度に気液混合エジェクタ15Bに供給される液体Ｂを加圧するポンプ37Bを備えている。
【００５５】
図４に示されるように、気液混合エジェクタ15Bは、外部より加圧供給された液体Ｂにより生じた液体流に外部より供給された気体Ａを吸引させて気液混合流Ｃを生じさせる第１エジェクタ15B1と、この第１エジェクタ15B1から吐出された気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引させて加えた気液混合噴射流Ｅを上方へ噴射する第２エジェクタ15B2とを具備したものである。
【００５６】
第２エジェクタ15B2は、図２に示された気液混合エジェクタ15Aと同一の構造であり、第１エジェクタ15B1は、この第２エジェクタ15B2と同様に、ノズル部25aの先端上にディフューザ25bの入口が対向する状態でノズル部25aとディフューザ25bとを一体成形したものであり、これらのノズル部25aの先端とディフューザ25bの入口との間に気体供給配管系35から気体Ａを吸い込む構造である。
【００５７】
そして、第１エジェクタ15B1内では、外部より加圧供給された液体Ｂによりノズル部25aの先端上に液体ジェット流が生じ、この液体ジェット流の周囲に負圧が生じているので、外部よりこの液体ジェット流に吸引された気体Ａが液体Ｂと混合攪拌され、さらに、この第１エジェクタ15B1により形成された気液混合流Ｃを、第２エジェクタ15B2のノズル部16に供給すると、このノズル部16より噴出する気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄが吸引されて、ディフューザ17内で混合攪拌されつつ昇圧された気液混合噴射流Ｅが形成される。
【００５８】
この気液混合噴射流Ｅは、密閉タンク12内の液体中を通して密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出し、この気体室14内の気体中で飛沫化して、大きな接触面積で気体室14内の気体と衝突接触することによって、液体中に気体が効率よく溶解される。
【００５９】
このような気液混合エジェクタ15Bの内部での気液混合作用と、気液混合エジェクタ15Bから噴射した気液混合噴射流Ｅとタンク内液体との混合撹拌作用と、気液混合噴射流Ｅの気体室14内での噴出、飛沫化および気液の衝突接触作用とにより、密閉タンク12内の液体中への気体の溶解が促進される。
【００６０】
特に、２段エジェクタ構造の気液混合エジェクタ15Bを用いることによって、気体の供給圧力が低い場合や、大気圧で空気などの気体を吸い込む場合でも、第１エジェクタ15B1により多量の気体Ａを吸い込むことができるとともに、第２エジェクタ15B2によりその気体Ａと密閉タンク12内から吸い込んだ液体Ｄとを激しく混合撹拌できるので、液体中に気体が効率よく溶解される。
【００６１】
また、気液混合エジェクタ15Bが周囲から液体と気体を吸込むことによって、未溶解の気体を再度噴射し溶解することができ、密閉タンク12の液取出口42から未溶解の気体が排出されることを防止できる。
【００６２】
さらに、密閉タンク12内の液面Ｆを管理することによって、液体中への気体の溶解濃度を間接的に検出し、装置の運転と停止を適切に管理することが可能である。
【００６３】
このように、図３および図４に示された実施の形態は、第１エジェクタ15B1が気体Ａを吸引するので、気体供給源でのガス圧力が低く（すなわち大気圧または大気圧に近い低圧力であり）かつガス流量が多い気体を供給する場合に適し、さらに、この実施の形態によれば、第１エジェクタ15B1により外部より加圧供給された液体Ｂにより生じた液体流に外部より供給された気体Ａを吸引させるので、気体Ａの圧力源が不要であるとともに多量の気体Ａを吸引でき、さらに、第１エジェクタ15B1により気液を混合して気液混合流Ｃを作る過程と、第２エジェクタ15B2により気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引させて混合攪拌し気液混合噴射流Ｅを作ることで気液混合エジェクタ15Bの内外で気液を激しく混合攪拌させる過程と、気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させてこの気体室14内で気液を混合する過程とで、液体中に気体を効率よく溶解させることができ、液体中に高濃度の気体を溶解させることができる。
【００６４】
次に、図５乃至図７に示された第３実施の形態を説明する。なお、図１および図２に示された第１実施の形態と同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
【００６５】
図５に示されるように、密閉タンク12と、この密閉タンク12内に上向きに設置され、外部より下部に供給された気体Ａおよび液体Ｂの気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引して形成した気液混合噴射流Ｅを上方へ噴射する気液混合エジェクタ15Cと、この気液混合エジェクタ15Cに気体Ａおよび液体Ｂを供給する気液供給手段21Cと、気液混合エジェクタ15Cより下側に位置する液取出口42から密閉タンク12内の気体が溶解された液体を外部に取り出す液取出手段41と、密閉タンク12内の液体中への気体溶解濃度の上昇に応じて下降する液面の下降限界位置を検知する液面検知手段48と、この液面検知手段48による液面Ｆの下降限界位置の検知により気液混合エジェクタ15Cへの気体Ａの供給を停止させるための信号を出力する制御手段49とを具備し、密閉タンク12は、下部の液体が溜まる液体室13に対して上部の気体が溜まる気体室14を有し、気液供給手段21Cは、気液混合エジェクタ15Cから噴射した気液混合噴射流Ｅを密閉タンク12内の液面Ｆから気体室14に噴出させて気体室14の気体中で飛沫化させることを可能とする程度に気液混合エジェクタ15Cに供給される液体を加圧するポンプとしての渦流ポンプ（商品名：渦流ターボミキサー）37Cを備えたものである。
【００６６】
気液供給手段21Cは、渦流ポンプ37Cで混合攪拌した気液混合流Ｃを気液混合エジェクタ15Cに加圧供給するものであり、電磁式に開閉されるバルブ33および逆止弁34を経て渦流ポンプ37Cに気体を吸引する気体供給配管系35と、液体槽36より液体を汲み出して加圧する渦流ポンプ37Cから逆止弁38および圧力計39を経て気液混合エジェクタ15Cに気液混合流Ｃを加圧供給する気液供給配管系40Cとを備えている。
【００６７】
図６に示されるように、気液混合エジェクタ15Cは、渦流ポンプ37Cで混合攪拌された気液混合流Ｃの供給をノズル部16に受けて、このノズル部16の先端から噴出する気液混合流に、密閉タンク12内の液体Ｄを吸引して混合攪拌し、上方へ噴射する気液混合噴射流Ｅを形成するように構成されている。
【００６８】
図７に示されるように、渦流ポンプ37Cは、ポンプ本体51内に、外周縁に沿って径方向の小羽根52および羽根溝53が交互に形成された羽根車54が、回転軸55により回転可能に設けられ、この羽根車54に沿ってポンプ本体51内に環状に昇圧通路56が形成され、この昇圧通路56の一端に位置する入口部57と、昇圧通路56の他端に位置する出口部58とが、隔離部59を介して配置されている。
【００６９】
昇圧通路56の入口部57には、羽根車54の回転により液体槽36内から液体Ｂを吸込む液吸込口60が連通され、昇圧通路56の出口部58には、羽根車54の回転によりポンプ本体51内で撹拌されつつ昇圧された気液混合体を外部へ吐出する気液吐出口61が連通されている。液吸込口60と昇圧通路56の入口部57との間には気体供給配管系35の先端が挿入され、渦流ポンプ37Cが液体Ｂを吸込む際に吸込通路壁面に生じた負圧によってこの気体供給配管系35より気体Ａを吸い込むようにしている。渦流ポンプ37Cに吸い込まれる気体Ａを停止させる場合は、上記電磁式のバルブ33を閉じるように制御する。
【００７０】
渦流ポンプ37Cは、外部に設けられた図示しないモータによって、回転軸55を介し羽根車54を回転させると、この羽根車54の小羽根52および羽根溝53が、羽根車54と同心円の昇圧通路56内を回転し、昇圧通路56内の液体を連れ回すとともに、液体槽36内の液体を液吸込口60から昇圧通路56の入口部57を経て昇圧通路56に吸い込む。この昇圧通路56内の液体は、羽根車54とともに昇圧通路56を移動しながら、羽根車54の各羽根溝53内と昇圧通路56との間で渦流となり、気体供給配管系35から昇圧通路56に吸い込まれた気体と激しく混合撹拌される。このような現象が各羽根溝53で同時に行われながら、昇圧通路56を進むにつれて徐々に昇圧された気液混合体が気液吐出口61から吐出される。
【００７１】
このように、渦流ポンプ37Cは、液体Ｂを吸い込む際に発生する負圧によって気体Ａも吸込むことができる自吸型ポンプであるので、気体Ａを加圧供給する必要がなく、気体Ａの供給圧力が低い場合や、大気圧からの吸込を可能とすることができる。また、ポンプ本体51内では、羽根車54の各羽根溝53内で発生する渦流により気液を激しく混合攪拌し、気体Ａを液体Ｂ中に効率よく溶解できるとともに、渦流により徐々に昇圧された気液混合体を高圧で吐出することができる。
【００７２】
このように、図５乃至図７に示された実施の形態は、渦流ポンプ37Cが液体Ｂとともに気体Ａを吸引することが可能な自吸式ポンプであるので、気体供給源でのガス圧力がなくガス流量が少量でもよい気体を供給する場合に適し、さらに、この実施の形態によれば、渦流ポンプ37Cは気液を混合しながら移送しつつ昇圧させて気液混合エジェクタ15Cに気液混合流Ｃを加圧供給するので、渦流ポンプ37C内で気液を混合して液体中に気体を溶解させる過程と、気液混合エジェクタ15Cにより気液混合流Ｃに密閉タンク12内の液体Ｄを吸引して混合攪拌し気液混合噴射流Ｅを作ることで気液を気液混合エジェクタ15Cの内外で激しく混合攪拌する過程と、気液混合噴射流Ｅを気体室14に噴出させて気体室14中で気液を混合することで液体中に気体を溶解させる過程とによって、液体中に気体を効率よく溶解させることができる。
【００７３】
以上のように、図１および図２に示された第１実施の形態と、図３および図４に示された第２実施の形態と、図５乃至図７に示された第３実施の形態の中から、気体の性質や環境に合わせた気体注入方式を選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、気体溶解装置を製造、販売または施工する事業者にとって利用可能性がある。
【符号の説明】
【００７５】
Ａ    気体
Ｂ    液体
Ｃ    気液混合流
Ｄ    密閉タンク内の液体
Ｅ    気液混合噴射流
Ｆ    密閉タンク内の液面
12    密閉タンク
13    液体室
14    気体室
15A，15B，15C    気液混合エジェクタ
15B1  第１エジェクタ
15B2  第２エジェクタ
21A，21B，21C    気液供給手段
37A，37B    ポンプ
37C   ポンプとしての渦流ポンプ
41    液取出手段
42    液取出口
48    液面検知手段
49    制御手段
【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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【図６】
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【図７】
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