(57)【要約】【課題】所要の温度で高濃度のガス吸収液を安定して生成することが可能なものとする。【解決手段】原料液と原料ガスとを攪拌混合する静止型混合器２と、これにより生成するガス吸収液の温度を調整する加温・冷却回路３１とを有し、静止型混合器が、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたものとする。特に、原料液が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽３を有し、静止型混合器の上流側で原料ガスを注入しながら静止型混合器と処理槽との間で液を循環させるようにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液と原料ガスとを攪拌混合する静止型混合器と、これにより生成するガス吸収液の温度を調整する温度調整手段とを有し、
前記静止型混合器は、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とするガス吸収装置。
【請求項２】
原料液が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽を有し、前記静止型混合器の上流側で原料ガスを注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で液を循環させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス吸収装置。
【請求項３】
前記静止型混合器は、前記ケーシングの外周に熱媒体が流通可能なジャケットが設けられたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のガス吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料液中に原料ガス成分を溶解させて所要の濃度のガス吸収液を生成するガス吸収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品工場における機械の洗浄殺菌並びに用水の殺菌の用途などでオゾン水が広く用いられており、このようなオゾン水の製造では、オゾンガスを水に吸収・溶解させるために散気管やエゼクタを用いることが一般的であるが、気液接触効率を高めると共に装置構成を簡略化するため、静止型混合器でオゾンガスと水とを攪拌混合してオゾンガスの溶解を促進するように構成したオゾン水製造装置が知られている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１９２８６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような従来構成のオゾン水製造装置では、オゾンガスと水との気液接触効率に限界があり、特にオゾン水を常温より高い温度条件で使用する用途では、高濃度のオゾン水を安定して得ることができないという不都合があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、所要の温度で高濃度のガス吸収液を安定して生成することができるように構成されたガス吸収装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、請求項１に示すとおり、原料液と原料ガスとを攪拌混合する静止型混合器と、これにより生成するガス吸収液の温度を調整する温度調整手段とを有し、前記静止型混合器は、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたものとした。
【０００７】
これによると、静止型混合器において、所要の圧力及び流速で原料液と原料ガスとを静止型混合器に導入することで、内部に強力な乱流が発生して気液混合物が激しく攪拌されるため、原料ガスの気泡が細かく破砕されて微細気泡が高密度で生成し、気液接触効率が大幅に高められる。このため、従来大量のガス吸収が困難な比較的高い温度条件でも、高濃度のガス吸収液を安定して生成することができる。例えば、オゾン水の製造では、常温より高く、水に対するオゾンガスの溶解限界である６０℃までの任意の温度条件で、高濃度のガス吸収液を生成することができる。
【０００８】
前記ガス吸収装置においては、請求項２に示すとおり、原料液が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽を有し、前記静止型混合器の上流側で原料ガスを注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で液を循環させるようにした構成をとることができる。これによると、静止型混合器により液中に大量に生成した微細気泡が処理槽において持続し、ここで液中への原料ガス成分の溶解が進行するため、高濃度のガス吸収液を生成することができる。
【０００９】
前記ガス吸収装置においては、請求項３に示すとおり、前記静止型混合器が、前記ケーシングの外周に熱媒体が流通可能なジャケットが設けられた構成をとることができる。これによると、静止型混合器を流通する過程で液を加温・冷却することができ、温度調整の効率を高めることができる。
【００１０】
前記静止型混合器においては特に、一対の抵抗体が概ねハ字形状をなすように筒状体の互いに対向する内周面から舌状に突出され、かつその一方の抵抗体が筒状体の中心線と交差するように他方より長尺に形成された抵抗体エレメントを有し、この抵抗体エレメントは、複数のものが周方向に順次所定角度ずつずらしながら軸線方向に列べて内部に挿設された構成とすると良い。
【００１１】
これによると、抵抗体が舌状をなすことから、抵抗体に衝突した流れは抵抗体の周囲に多方向に分散され、抵抗体の背面側で巻き込みによる渦流（伴流）が生じ、この抵抗体による流通流体の衝突、分散並びに巻き込みが次々と繰り返されることで、強力な乱流が発生して流通流体が激しく撹拌される。さらに、抵抗体エレメントを流れ方向に沿って周方向に所定角度ずつずらしながら配置することで、筒状体の中心線と交差するように長尺に形成された抵抗体が全体として螺旋状に配置され、その作用によって流通流体に筒状体の中心線を中心とした旋回流が発生し、下流部で継続して撹拌が行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるガス吸収装置の概略構成を示す模式図である。このガス吸収装置は、原料水（純水相当）にオゾンを溶解させてオゾン水を生成するものであり、オゾンガスを生成するオゾン発生器（ガス供給手段）１と、このオゾン発生器１で生成したオゾンガスと水とを攪拌混合する静止型混合器２と、この静止型混合器２を流通した気液混合物を滞留させて液中へのオゾンの溶解を進行させる処理槽３とを有している。
【００１４】
処理槽３の上部には、原料水を処理槽３内に導入するための原料水導入部５が設けられ、処理槽３の中間部には、生成したオゾン水を引き抜くためのオゾン水回収部６が設けられている。また処理槽３の上部には、処理槽３の気相中に放散されたオゾンガスを回収するための排ガス回収部７が設けられており、ここから回収された排ガスは、排ガス処理器８を経て大気中に放出される。
【００１５】
処理槽３の下部には、処理槽３内の水を引き抜いて静止型混合器２に導くための出口部１１と、静止型混合器２を流通した水を処理槽３に戻すための入口部１２とが設けられており、処理槽３の出口部１１と静止型混合器２とを結ぶ配管途中には、処理槽３と静止型混合器２との間で水を循環圧送するためのポンプ１３が設けられている。
【００１６】
オゾン発生器１で生成したオゾンガスは、静止型混合器２の上流側で水中に注入され、特にここでは、オゾン発生器１がポンプ１３の吐出圧より高い圧力（例えば３０Ｐａ）でオゾンガスを発生可能なものであり、オゾンガスがポンプ１３の下流側で注入される。なお、オゾン発生器のオゾンガスが比較的低圧の場合には、ポンプの上流側でオゾンガスを水中に注入する構成とし、この場合、気体の吸入量を増大させても吸込不能を起こすことがない特性のポンプを用いると良い。また、気体をケーシング内に直接導入する構成のポンプを用いるようにしても良い。
【００１７】
処理槽３には、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度センサ１６が設けられており、この濃度センサ１６の出力信号がオゾン濃度計１７を介して制御盤（制御手段）１８に入力されており、制御盤１８においては、オゾン濃度計１７の検出結果に基づいてオゾン発生器１並びにポンプ１３などの動作を制御して、処理槽３内のオゾン水を目標濃度を中心にした所要の範囲に保持するようになっている。
【００１８】
オゾン発生器１にて生成したオゾンガスを静止型混合器２の上流側に導く配管途中には、オゾン発生器１へのオゾンガスの逆流を防止するために、アブソーバタンク（緩衝容器）２１が設けられている。またこのアブソーバタンク２１の上流側配管Ｌ１には第１バルブＶ１が設けられ、下流側配管Ｌ２には第２バルブＶ２が設けられている。さらにこのアブソーバタンク２１には、オゾンガスを処理槽３の排ガス回収部７に導く配管Ｌ３が接続され、この配管Ｌ３に第３バルブＶ３が設けられている。これら第１・第２・第３の各バルブＶ１・Ｖ２・Ｖ３は、電動弁または電磁弁からなり、制御盤１８により開閉制御される。
【００１９】
処理槽３には、内部のオゾン水の水位を検出するレベルスイッチ（水位検出手段）２７が設けられており、このレベルスイッチ２７の出力信号が制御盤１８に入力されており、制御盤１８においては、レベルスイッチ２７の検出結果に基づいて処理槽３内のオゾン水の水位を所定の範囲に保持するようになっている。処理槽３内の水位調整は、処理槽３の原料水導入部５に接続された配管Ｌ５に設けられた第４バルブＶ４で行われ、この第４バルブＶ４は、電動弁または電磁弁からなり、制御盤１８により開閉制御される。
【００２０】
このガス吸収装置はさらに、熱媒体（水など）の熱交換によりオゾン水を所要の温度に調整する加温・冷却回路（温度調整手段）３１が設けられており、ここでは、加温・冷却装置３２で所定温度に加温または冷却された熱媒体が、処理槽３内に設けられた伝熱管３３を流通して処理槽３内のオゾン水を加温または冷却する。また、処理槽３の出口部１１と静止型混合器２とを結ぶ配管Ｌ７、並びに静止型混合器２と処理槽３の入口部１２とを結ぶ配管Ｌ８はそれぞれ、外管内を流通する熱媒体で内管内を流通する水を加温・冷却する二重管構造をなしている。さらに、静止型混合器２には、熱媒体が流通するジャケット３５が外装されている。なお、配管Ｌ７・Ｌ８並びに静止型混合器２のジャケット３５には保温・保冷のためのラギングが設けられる。
【００２１】
このように構成されたガス吸収装置においては、オゾン発生器１及びポンプ１３を起動させると共に、第１・第２の両バルブＶ１・Ｖ２を開くことで、静止型混合器２及び処理槽３にてガス吸収処理が開始し、処理槽３内のオゾン濃度が所定値に達すると、ガス吸収処理を停止する。
【００２２】
そして処理槽３のオゾン水回収部６から適宜にオゾン水が引き抜かれ、処理槽３内のオゾン水の水位が下限に達したことをレベルスイッチ２７が検出すると、第４バルブＶ４を開いて原料水を処理槽３内に補給し、これにより処理槽３内の水位が上昇して上限に達したことをレベルスイッチ２７が検出すると、第４バルブＶ４を閉じて原料水の補給を停止する。一方、処理槽３に原料水を導入するのに伴ってオゾン水の濃度が低下し、これをオゾン濃度計１７が検出すると、ガス吸収処理を再開する。
【００２３】
オゾン濃度が所定値に達してガス吸収処理を停止する際には、配管内の残留ガスの排気処理が以下の手順で行われる。すなわち、ポンプ１３と共にオゾン発生器１の主要部が停止した後、オゾン発生器１内のコンプレッサが所定時間（例えば５〜１０秒間）継続して作動し、この間に、まず第１バルブＶ１を開いたままで、第２バルブＶ２を閉じると共に第３バルブＶ３を開いて、残留ガスを処理槽３の排ガス回収部７に導き、排気が終了すると第１バルブＶ１を閉じる。
【００２４】
他方、オゾン濃度が所定値を下回ってガス吸収処理を開始する際には、ポンプ１３並びにオゾン発生器１を起動させ、所定時間（例えば１０秒）経過した後、第３バルブＶ３を閉じると共に第１バルブＶ１を開き、その後、アブソーバタンク２１にオゾンガスを充満させた上で第２バルブＶ２を開く。
【００２５】
また、このようにしてガス吸収処理が行われる一方で、加温・冷却回路３１によりオゾン水が所要の温度に調整される。加温・冷却装置３２は、熱媒体を所定温度に保持するように自動運転され、この加温・冷却装置３２から送り出される熱媒体が、処理槽３内の伝熱管３３、配管Ｌ７の外管、静止型混合器２のジャケット３５、並びに配管Ｌ８の外管を順次流通して、処理槽３に滞留するオゾン水、配管Ｌ７・Ｌ８並びに静止型混合器２を流通する水が加温・冷却される。
【００２６】
図２は、図１に示した静止型混合器を示す側面図である。静止型混合器２には、ケーシング４０の外周に熱媒体が流通可能なジャケット３５が設けられている。このジャケット３５は、ケーシング４０の外周に内部に熱媒体が導入される外筒部５２が配置され、熱媒体からの伝熱でケーシング４０並びに後に詳述する抵抗体エレメント４１が加温・冷却される。この構成では、熱交換特性を向上させるために内部にフィンを設けるようにしても良い。
【００２７】
図３は、図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。この静止型混合器は、円筒状のケーシング４０内に多数の抵抗体エレメント４１を挿設してなっている。この抵抗体エレメント４１は、円形断面をなす筒状体４２の互いに対向する内周面から第１・第２の一対の抵抗体４３・４４がそれぞれ中心部に向けて舌状に突出されたものであり、筒状体４２が連続して流路を形成する。
【００２８】
抵抗体４３・４４は、共に下流側に向けて傾斜した状態でハ字形状に配置されており、両抵抗体４３・４４間に所要の間隔が確保されるように軸線方向にずらして設けられている。図４及び図５に併せて示すように、上流側の第１の抵抗体４３は筒状体４２の中心線と交差しないように短尺に、下流側の第２の抵抗体４４は筒状体４２の中心線と交差するように長尺に形成されている。
【００２９】
筒状体４２の軸線方向の端部には、隣接するものに対して４５度ずつずらして結合されるように凹凸が形成されている。また、軸線方向に沿った分割線により一対の抵抗体４３・４４がそれぞれ形成された２つの分割体４２ａ・４２ｂに分割可能になっている。これにより製造を容易にすると共に、表面に付着した障害物を簡単に除去することができる。
【００３０】
このようにしてなる抵抗体エレメント４１は、ケーシング４０内に挿設するにあたり、図６中に想像線で示す直前の抵抗体エレメント４１に対して周方向に４５度ずらして配置される。以下、後続の抵抗体エレメント４１もそれぞれ、直前のものに対して４５度ずつ同一方向にずらして配置され、最初の抵抗体エレメント４１に対してはそれぞれ、周方向に４５度、９０度、１３５度、１８０度といった角度位置となる。したがって、全体として見ると、ハ字形状に対をなす抵抗体４３・４４がそれぞれ、抵抗体エレメント４１のずらし角度に応じたリード角をもって螺旋を描くように配置される。
【００３１】
このため、流体が内部に導入されると、最初の抵抗体エレメント４１の抵抗体４３・４４に相対する流れはこれらの抵抗体４３・４４に衝突して周囲に分散され、これらの抵抗体４３・４４に相対しない流れもショートパスすることなく下流側の抵抗体エレメント４１の抵抗体４３・４４のいずれかに衝突して多方向に分散され、内部に強力な乱流が発生する。
【００３２】
このようにして、静止型混合器２に導入されたオゾンと水との気液混合物に激しい乱流が発生し、この乱流による撹拌作用でオゾンガスの微細気泡が高密度で生成し、この微細気泡が粗大化することなく持続する。このため、処理槽３での水とオゾンガスとの気液接触効率が大幅に高められ、さらに配管内でも持続する微細気泡により水中へのオゾンの溶解が進行し、高濃度のオゾン水を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、水にオゾンを溶解させてオゾン水を生成する構成としたが、本発明によるガス吸収装置における原料液は水に限定されるものではなく、また原料ガスもオゾンに限定されるものではない。例えば、ＯＨラジカルによる還元作用を有する液を生成するために水素ガスを原料ガスとしたガス吸収を行う構成とすることもできる。
【００３４】
【実施例】
前記のように構成されたガス吸収装置では、水に対するオゾンガスの溶解限界である６０℃までの任意の温度条件で、高濃度のオゾン水を生成することができる。例えば、食品工場における機械の洗浄殺菌並びに用水の殺菌の用途や、ＩＣ基板の製造プロセスで基板に付着した有機物を洗浄除去する用途では、オゾン水が常温で使用され、このような温度条件では、２０〜４０ｐｐｍのオゾン濃度を達成することができる。また鶏卵の洗浄殺菌の用途では、卵殻膜の温度変質並びに卵殻内の圧力低下による水の浸入を避けるためにオゾン水の温度を４０℃前後に厳密に保持する必要があり、このような温度条件では、３〜５ｐｐｍのオゾン濃度を達成することができる。実際に得られたオゾン水を用いて鶏卵の洗浄殺菌処理を行ったところ、洗浄排水に大腸菌群が検出されず、十分な洗浄殺菌効果を有することを確認することができた。
【００３５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、静止型混合器において原料ガスの気泡が細かく破砕されて微細気泡が高密度で生成し、気液接触効率が大幅に高められるため、従来大量のガス吸収が困難な比較的高い温度条件でも、高濃度のガス吸収液を安定して生成することが可能になり、ガス吸収液を用いた酸化・還元処理などの所要の処理を効率化する上で大きな効果を奏し、しかも比較的簡易な構成とすることができるため、イニシャルコスト及びランニングコストを削減する上で顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス吸収装置の概略構成を示す模式図
【図２】図１に示した静止型混合器を示す側面図
【図３】図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。
【図４】図３に示した抵抗体エレメントを示す断面図である。
【図５】図３に示した抵抗体エレメントを上流側から見た正面図である。
【図６】図３に示した抵抗体エレメント相互の配置状況を説明するための図５と同様な正面図である。
【符号の説明】
１  オゾン発生器
２  静止型混合器
３  処理槽
１３  ポンプ
３１  加温・冷却回路
３２  加温・冷却装置
３３  伝熱管
３５  ジャケット
４０  ケーシング
４３・４４  抵抗体
【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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