(57)【要約】      （修正有）【課題】気体を液体に溶解させる生成装置及び流体スプレーノズルを提供する。【解決手段】密封槽体３、気体供給管４、液体供給管路６、流体スプレーノズル５を有し、密封槽体３は液体流入管３１、液体流出管３２を有する。槽内液面の上には空気室３３を形成し、気体供給管４は気体を提供し空気室３３に進入させる。流体スプレーノズル５は密封槽体３内に取り付け、液体供給管路６は液体を流体スプレーノズル５に送りこみ、流体スプレーノズル５の殻壁の異なる位置には、少なくとも１個の気体入口、及び少なくとも１個の液泡入口５３を有する。気体入口は別に空気室３３まで空気管を連接し、液泡入口５３は槽内液面の下に位置する。流体スプレーノズル５により少なくとも二度の液体への気体溶解作業を行い、これにより気泡を細微化し、気体と液体との接触面積を拡大し、溶解効率を高め、溶解時間を短縮することができる。【選択図】図３
0003197149.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
気体を液体に溶解させる生成装置であって、密封槽体、気体供給管、液体供給管路、流体スプレーノズルを有し、
前記密封槽体は、液体流入管、液体流出管を有し、槽内液面の上には、空気室を形成し、
前記気体供給管は、前記密封槽体に連接し、前記空気室と相互に連通し、液体に溶解させようとする気体を前記空気室に供給し、
前記液体供給管路は、送液管、ポンプ、液体供給管を有し、前記ポンプは、前記送液管及び前記液体供給管に連接し、前記送液管は、液体を前記ポンプに供給でき、前記ポンプにより加圧後、前記液体供給管により送り出され、前記液体供給管路は、前記密封槽体内へと延長し、
前記流体スプレーノズルは、前記密封槽体内に取り付け、前記流体スプレーノズルは、溶解液通路を有し、前記流体スプレーノズル殻壁の異なる位置には、少なくとも１個の気体入口、及び少なくとも１個の液泡入口を有し、前記気体入口と液泡入口とは共に、前記溶解液通路と連通し、前記溶解液通路と前記液体供給管とは接合し、溶解液通路出口は槽内液面の下に位置し、前記気体入口は別に前記空気室まで空気管を連接し、前記液泡入口は、槽内液面の下に位置することを特徴とする気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項２】
前記送液管は、前記密封槽体に連接し、槽内液面の下に位置することを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項３】
前記送液管は、前記液体流入管、或いは別の液体供給装置に連接することを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項４】
前記液体供給管路は、吸気管をさらに有し、
前記吸気管一端は、前記送液管に連接し、他方の端は、前記密封槽体に連接し、並びに槽内空気室と連通することを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項５】
前記気体入口は、前記液泡入口より前記溶解液通路入口に近いことを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項６】
前記気体入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積は、前記溶解液通路入口位置の流道断面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項７】
前記液泡入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積は、前記気体入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の気体を液体に溶解させる生成装置。
【請求項８】
流体スプレーノズルは、気体を液体に溶解させる生成装置に運用し、
前記流体スプレーノズルは、殻壁の異なる位置に、少なくとも１個の気体入口、及び少なくとも１個の液泡入口を有し、
前記気体入口と前記液泡入口とは共に、溶解液通路と連通し、
使用時には、前記流体スプレーノズルは、密封槽体内に取り付け、槽内液面の上には空気室を形成し、溶解液通路入口は、液体供給管に連接し、前記液体供給管は前記流体スプレーノズル内に液体を供給でき、溶解液通路出口は、槽内液面の下に位置し、前記気体入口は別に前記空気室まで空気管を連接し、前記液泡入口は、槽内液面の下に位置することを特徴とする流体スプレーノズル。
【請求項９】
前記気体入口は、前記液泡入口より前記溶解液通路入口に近いことを特徴とする請求項８に記載の流体スプレーノズル。
【請求項１０】
前記気体入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積は、前記溶解液通路入口位置の流道断面積より小さいことを特徴とする請求項８に記載の流体スプレーノズル。
【請求項１１】
前記液泡入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積は、前記気体入口と前記溶解液通路との接合位置の流道断面積より大きいことを特徴とする請求項８に記載の流体スプレーノズル。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は気体を液体に溶解させる生成装置及び流体スプレーノズルに関し、特に多数回の噴射撹拌作業を利用し、気泡を細微化し、気体と液体との接触面積を拡大することで溶解効率を高め、溶解時間を短縮できる気体を液体に溶解させる生成装置及び流体スプレーノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の気体を液体に溶解させる生成装置では、通常、拡散器（Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）、或いはベンチュリーなどを採用し進行を補助する。図１に示すとおり、拡散器を採用した気体を液体に溶解させる生成装置は、高圧供気ボトル１１、槽体１２、槽体１２内に取り付ける拡散器１３を有する。槽体１２は、液体流入管１２１、液体流出管１２２、排気管１２３を有し、これにより液体を槽内に進入させ、高濃度の気体溶解液を送出することができる。高圧供気ボトル１１には、送気管１４から拡散器１３までが連接する。拡散器１３は、進入気体に、非常に細微な気泡をたくさん発生させることができ、細微な気泡を運用し、気体と液体との接触面積を拡大し、気泡が上昇する時間内に、液体への気体溶解の効率を高めることができ、高濃度の気体溶解液を得ることができる。また、槽体１２の気体が過多、或いは圧力が過大な時には、未溶解の気体を排気管１２３を経て排出することができる。
【０００３】
しかしながら、同装置には、運用時に欠点が存在する。
1.気泡が液面まで上昇すると回収が難しいため、無駄になってしまう。
2.気泡が液体中に停留する時間が短か過ぎると、溶解効率を低下させてしまう。滞留時間を長くしようとすれば、槽体の高さを拡大しなければならず、これでは、体積が過大となり、場所をとる。
【０００４】
図２は、ベンチュリーを採用する気体を液体に溶解させる従来の生成装置の模式図である。ベンチュリー２１は、液体流入管２１１、液体流出管２１２、気体進入管２１３を有する。液体流入管２１２は、送液管２２、ポンプ２３にさらに連接する。これにより、液体は、ベンチュリー２１内に送入され、液体に溶解させようとする気体は、気体進入管２１３を経て、液体と混合され溶解される。同装置の原理を以下に説明する。管内部の直径が小さくなった喉管位置を高圧水流が流れ通ることを利用し、高流速の噴射流を発生し、生じた負圧は、気体を喉管内に吸収し、高速噴流の液体と混合して溶解させ、溶解気体を含む溶液を流出する。しかしながら、同構造には次のような欠点がある。先ず、気体の加入量が、液体流速の制限を受け、調整可能な範囲が小さい。さらに、発生する気泡が比較的大きいため、接触面積が小さくなり、混合効率が低い。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
前記先行技術を示す図１及び図２で分かるとおり、拡散器を採用した気体を液体に溶解させる従来の生成装置では、気泡が液面まで上昇すると回収が難しいため、無駄になってしまい、気泡が液体中に停留する時間が短すぎると、溶解効率を低下させてしまうが、滞留時間を長くしようとすれば、槽体の高さを拡大しなければならず、体積が過大となるという欠点があり、ベンチュリーを採用する気体を液体に溶解させる従来の生成装置では、気体の加入量が、液体流速の制限を受け、調整可能な範囲が小さく、発生する気泡が比較的大きいため、接触面積が小さくなり、混合効率が低いという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、多数回の気泡細微化作業を利用し、気体の総表面積を拡大し、気泡の槽体内での停留時間を延長し、接触面積拡大と時間延長という二重の条件下で溶解効率を高め、単位時間内で高濃度の気体溶解液を得ることができる溶解効率が高い気体を液体に溶解させる生成装置に関する。
【０００７】
本考案は、気体を効果的に液体に溶解させ、その過程において未溶解の気体は循環を続け槽内で流動し、その溶解性を加速し、気体の浪費を減らし、槽内空気室まで上昇した気体は、液体内に再び吸入され微細な気泡を形成し、再び溶解することで気体の浪費を減らすことができる気体を液体に溶解させる生成装置及び流体スプレーノズルに関する。
【０００８】
本考案による気体を液体に溶解させる生成装置は、密封槽体、気体供給管、液体供給管路、流体スプレーノズルを有する。
該密封槽体は、液体流入管、液体流出管を有し、槽内液面の上には、空気室を形成する。
該気体供給管は、該密封槽体に連接し、該空気室と相互に連通し、気体を該空気室に供給する。
該液体供給管路は、送液管、ポンプ、液体供給管を有する。
該送液管は、液体を該ポンプに供給でき、該ポンプにより加圧後、該液体供給管により送り出され、該液体供給管路は、該密封槽体内へと延長する。
該流体スプレーノズルは、該密封槽体内に取り付け、該流体スプレーノズルは、溶解液通路を有し、該流体スプレーノズル殻壁の異なる位置には、少なくとも１個の気体入口、及び少なくとも１個の液泡入口を有し、該気体入口と液泡入口とは共に、該溶解液通路と連通し、該溶解液通路と該液体供給管とは連接し、溶解液通路出口は槽内液面の下に位置し、該気体入口は別に該空気室まで空気管を連接し、該液泡入口は、槽内液面の下に位置する。
【０００９】
本考案による気体を液体に溶解させる生成装置において流体スプレーノズルは、気体と液体二相のベンチュリー構造で、運用時には、気体、液体と気体とを混合した液泡を何度かに分けて吸入できる。気体入口は、液泡入口より溶解液通路入口に近く、溶解液を該流体スプレーノズル内に送り込むと、流速が高められた後、先ず該気体入口を経て大量の気体を吸入し、高速噴流の液体と混合して溶解し、最後に溶解液通路出口より流出する。未溶解の一部の気体は、浮力を受けて上昇し、液泡入口位置を経て、溶解液通路内の流速は速いため負圧を発生し、付近の液体及び気泡は、液泡入口を経て吸入される。吸入液体はせん断力を生じ、せん断力は、より微細な気体に気泡を分裂させ、気体は液体中により溶解し易くなる。この二重の循環作用により、気体の接触面積は拡大し、溶解効率を高めることができる。槽内に発生する上下循環回流は、気泡の液体内での停留時間を延長することができる。こうして、接触面積拡大、接触時間延長の状況の下、本考案の溶解効率は、大幅に向上する。
【００１０】
本考案による気体を液体に溶解させる生成装置において、該液体供給管路は、吸気管をさらに有する。該吸気管一端は、該送液管に連接し、他方の端は、該密封槽体に連接し、並びに槽内空気室と連通する。これにより、該送液管が液体を送る際には、気体吸入管により気体を吸入し、これにより液体内には大量の気泡を有する。該ポンプは、一般に、遠心羽根車式加圧作動を採用するため、遠心力による加圧の過程において、羽根車はさらに、気泡を砕き、さらに細微な微泡を発生させることができ、さらに、液体供給管を経て流体スプレーノズルへと送られる。この過程でも、気泡と液体接触の総表面積を増やすことができ、気体の液体内への溶解を助けることができる。本考案は、二酸化炭素＋脱イオン水、オゾン＋脱イオン水、アンモニア＋脱イオン水などの各種気体の液体への溶解作用に応用できる。
【考案の効果】
【００１１】
本考案の実施形態を応用する特徴は、密封槽体内の一組の流体スプレーノズルを利用し、気体を吸入して一回目の溶解作業を行い、その後、槽内の未溶解の気体及び液体の二度目の吸入を行うことができ、これにより気泡を非常に細微な気泡へと分裂させられ、気体の液体への溶解効率を高めることができ、さらに、液体供給管路のポンプと吸気管を利用し、再度の気泡微細化を行い、液体への気体の溶解を加速し、こうして、本考案は三回の溶解作業を行うことができ、密封槽体内に形成する上下循環回流を対応させ、気泡の槽内での停留時間を延長し、溶解効率を高めることができるため、本考案の設計を用いることで、気体を効果的に使用し、単位時間内で高濃度の気体溶解液を大量に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】拡散器を採用する気体を液体に溶解させる従来の生成装置の模式図である。
【図２】ベンチュリーを採用する気体を液体に溶解させる従来の生成装置の模式図である。
【図３】本考案の一実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置の模式図である。
【図４】本考案の一実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置の流体スプレーノズルの立体図である。
【図５】本考案の一実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置の流体スプレーノズルの断面図である。
【図６】本考案の一実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置の作動方式の模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
［実施例１］
図３は、本考案の一実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置の模式図である。本考案の実施形態による気体を液体に溶解させる生成装置２０は、密封槽体３、気体供給管４、流体スプレーノズル５、液体供給管路６を有する。
【００１４】
密封槽体３は、密閉された中空容器で、液体流入管３１、液体流出管３２を有する。液体は、液体流入管３１を通って槽内に進入し、内部の特殊な循環運動を経て、液体流出管３２より、高濃度の気体を備える溶解液が送り出される。槽内液面の上には、空気室３３を形成する。空気室３３には、溶解させようとする気体を注入する。気体供給管４は、密封槽体３に連接し、空気室３３と相互に連通し、気体供給管４より、気体を空気室３３に供給する。該気体は、液体に溶解させようとする気体である。密封槽体３は、空気室３３と連通する排気管３５をさらに有する。排気管３５位置には、自動バルブ３６をさらに取り付ける。自動バルブ３６は、密封槽体３内において、圧力が設定値に達すると、自動的に開き、気体の一部を排出し、システムの正常作動を維持する。
【００１５】
流体スプレーノズル５は、密封槽体３内に取り付ける。槽内には、サポートフレーム３４を設置し、流体スプレーノズル５の位置を固定する。本考案においては、流体スプレーノズル５は、作動過程において、気体及び気体を混合した液泡を吸入することができ、二度の撹拌混合を経て、気泡を細微化し、気体と液体との接触面積を拡大し、液体内への気体の溶解を加速することができる。図４、図５に示すとおり、流体スプレーノズル５は、溶解液通路５１を有し、殻壁の異なる位置には、少なくとも１個の気体入口５２、及び少なくとも１個の液泡入口５３を有する。気体入口５２と液泡入口５３とは共に、溶解液通路５１と連通する。気体入口５２には、空気管５６を空気室３３までさらに連接する。溶解液通路５１は、異なる直径の多段階の通路を接続して形成し、流体スプレーノズル５を貫通する。多段階の通路は、順番に第一セクション５１１、第二セクション５１２、第三セクション５１３、第四セクション５１４である。溶解液通路入口５４は、第一セクション５１１の入口に位置する。気体入口５２は、第二セクション５１２と連通する。液泡入口５３は、第三セクション５１３と連通する。溶解液通路出口５５は、第四セクション５１４の出口に位置する。溶解液通路入口５４と第一セクション５１１内の流道断面積は、第二セクション５１２の流道断面積より大きい必要がある。溶解液は、第一セクション５１１より第二セクション５１２に流入するが、流道断面積が小さくなるため、溶解液の流速は加速する。液体高速噴流が負圧を生み出すことにより、気体は、気体入口５２より吸入される。第三セクション５１３の流道断面積は、第二セクション５１２の流道断面積より大きいが、この位置での流速は、流体スプレーノズル５外壁の流速より速いため、高流速の負圧と第三セクション５１３の急激に拡大する部分を利用し、第三セクション５１３内では渦流を発生する。液泡入口５３は、未溶解の気体（気泡）及び液体を吸入するため、渦流が生じるせん断力は、気泡をさらに微細な気泡に分裂させることができる。こうして、気体と液体との接触面積を拡大し、溶解効率を高めることができる。第三セクション５１３の管径は、液体流動方向に従い、徐々に縮小する。第四セクション５１４は、液体流動方向に従い、徐々に拡大する。第三セクション５１３と第四セクション５１４の両者の接続位置には、管径が比較的小さい喉管を形成する。こうして、流速を加速でき、液体は、溶解液通路出口５５を経て流出時に、噴流の効果を生じることができる。これにより、槽内液体の撹拌減少を加速し、気体の液体への溶解を助けることができる。
【００１６】
液体供給管路６は、加圧液体を流体スプレーノズル５に供給する。液体供給管路６は、送液管６１、ポンプ６２、液体供給管６３を有する。ポンプ６２は、送液管６１及び液体供給管６３に連接する。送液管６１により、液体を供給し、ポンプ６２により加圧後、液体供給管６３により送り出される。本実施形態において、送液管６１は、密封槽体３に連接し、槽内液面の下に位置し、槽内から直接液体を供給する。また、外部の液体供給装置により、送液管６１を経て液体を供給することもでき、或いは送液管６１により液体流入管３１に連接し、液体流入管３１により一部の液体を供給することもできるが、これに制限されない。液体供給管６３は、密封槽体３内へと延長し、流体スプレーノズル５の溶解液通路位置口５４と接続する。本実施形態において、流体スプレーノズル５を固定するサポートフレーム３４を省くことができ、その際には、管径の強度が充分な液体供給管６３と流体スプレーノズル５とを、直接連接する。
【００１７】
本考案では、液体供給管路６は、吸気管６４をさらに有する。吸気管６４一端は、送液管６１に連接し、他方の端は、密封槽体３に連接し、並びに槽内空気室３３と連通し、この設計もまた、溶解効率を向上させることができる。ポンプ６２の作動中において、送液管６１が液体を輸送する時には、吸気管６４を経て、気体を吸入することができる。これにより、液体内には、大量の気泡が導入される。ポンプ６２は、一般に、遠心羽根車式加圧作動を採用するため、遠心力による加圧の過程において、ポンプ６２の羽根車をさらに利用し、気泡を砕き、さらに細微な微泡を発生させることができ、さらに、液体供給管６３を経て流体スプレーノズル５へと送られる。この過程でも、気泡と液体接触の総表面積を増やすことができ、気体の液体内への溶解を助けることができる。
【００１８】
続いて、全体的な作動方式について、詳細に説明する。図６に示すとおり、液体は、液体流入管３１を経て、密封槽体３内へと送られる。これにより、液面高度は、適当な位置に維持され、溶解しようとする気体は、気体供給管４を経て、空気室へと送り込まれる。液体供給管路６が作動を始めると、前記のように、液体を流体スプレーノズル５位置へと送る。ポンプ６２の作動時には、液体吸入時に気体を吸入することもできる。ポンプ６２の加圧過程においても、気泡を微細気泡に分裂させられ、一部の気体は、液体内に先に溶解する。未溶解の微細気泡及び液体は、液体供給管６３により再び溶解液通路５１内へと送り出される。
【００１９】
液体が流体スプレーノズル５の溶解液通路５１に流入後、溶解液通路５１の各位置の管径が異なるという特性を利用し、圧差を生じ、流速を速めた後に形成された負圧において、先ず気体入口５２を経て空気管５６により大量の気体を吸入し、気体と液体とを混合させ溶解後、溶解液通路出口５５より送り出す。未溶解の一部の気体は、槽内の浮力作用を経て上昇し、液泡入口５３位置を経て、溶解液通路５１内の流速は、スプレーノズル外壁の流速より速いため負圧を発生し、付近の液体及び気泡は、液泡入口５３を経て吸入される。続いて、溶解液通路５１内で再び渦流撹拌を生じ、これにより液体中にせん断力を生じる。せん断力は、より微細な気体に気泡を分裂させ、気体は液体中により溶解し易くなる。この二重の循環作用により、気体の接触面積は拡大し、溶解効率を高めることができる。槽内に発生する上下循環回流は、気泡の液体内での停留時間を延長することができる。こうして、接触面積拡大、接触時間延長の状況の下、本考案の溶解効率は、大幅に向上する。
【００２０】
上記を総合すると、本考案による気体を液体に溶解させる生成装置は、密封槽体３内の一組の流体スプレーノズル５を利用し、気体を吸入して一回目の溶解作業を行い、その後、槽内の未溶解の気体及び液体の二度目の吸入を行うことができる。これにより、気泡を非常に細微な気泡へと分裂させられ、気体の液体への溶解効率を高めることができる。さらに、液体供給管路のポンプと吸気管を利用し、再度の気泡微細化を行い、液体への気体の溶解を加速する。こうして、本考案は三回の溶解作業を行うことができ、密封槽体内３に形成する上下循環回流を対応させ、気泡の槽内での停留時間を延長し、溶解効率を高めることができる。よって、本考案の設計を用いることで、気体を効果的に使用し、単位時間内で高濃度の気体溶解液を大量に生成することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１１  高圧供気ボトル
１２  槽体
１２１  液体流入管
１２２  液体流出管
１２３  排気管
１３  拡散器
１４  送気管
２１  ベンチュリー
２１１  液体流入管
２１２  液体流出管
２１３  気体進入管
２２  送液管
２３  ポンプ
３  密封槽体
３１  液体流入管
３２  液体流出管
３３  空気室
３４  サポートフレーム
３５  排気管
３６  自動バルブ
４  気体供給管
５  流体スプレーノズル
５１  溶解液通路
５１１  第一セクション
５１２  第二セクション
５１３  第三セクション
５１４  第四セクション
５２  気体入口
５３  液泡入口
５４  溶解液通路入口
５５  溶解液通路出口
５６  空気管
６  液体供給管路
６１  送液管
６２  ポンプ
６３  液体供給管
６４  吸気管
【図１】
0003197149.tif 000003
【図２】
0003197149.tif 000004
【図３】
0003197149.tif 000005
【図４】
0003197149.tif 000006
【図５】
0003197149.tif 000007
【図６】
0003197149.tif 000008