(57)【要約】【課題】圧力容器としての耐圧構造を要求されないとともに、液体中に溶解されなかった余剰気体を効率良く分離できる小型で安価な気体溶解分離装置を提供する。【解決手段】タンク本体４２の上部内に気体と液体とを混合した気液混合体Ａを下向きに噴入する気液混合体噴入管４３を設ける。気液混合体噴入管４３の噴入口４４に対向してタンク本体４２内に反射板４５を設け、反射板４５の上側に気体溶解室４６を仕切形成する。反射板４５により気液混合体Ａの噴入流を反射して発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで、気体を液体中に溶解させて高濃度溶解液Ｃを作る。気体溶解室４６の上側に位置するタンク本体４２の上端に、余剰気体Ｂを外部へ排出する抜気量調整弁４７を設ける。反射板４５の下側に高濃度溶解液室４９を仕切形成し、液取出口部５０を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体と、
このタンク本体の上部内に気体と液体とが混合された気液混合体を下向きに噴入する気液混合体噴入管と、
この気液混合体噴入管の噴入口に対向して上記タンク本体内に設けられた反射板と、
この反射板の上側に仕切形成され反射板により気液混合体の噴入流を反射して発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで気体を液体中に溶解させて高濃度溶解液を作る気体溶解室と、
この気体溶解室の上側に位置する上記タンク本体の上端に設けられ液体中に溶解されなかった余剰気体を外部へ排出する余剰気体排出手段と、
上記反射板の下側に上記気体溶解室と連通可能に仕切形成され上記気体溶解室から上記反射板を経て下側へ透過させた高濃度溶解液を収容する高濃度溶解液室と、
この高濃度溶解液室から高濃度溶解液を外部へ取出す液取出口部と
を具備したことを特徴とする気体溶解分離装置。
【請求項２】
余剰気体排出手段は、余剰気体の抜気量を調整できる抜気量調整弁を備え、
この抜気量調整弁は、最も閉じ操作された状態でも開弁状態を保つ通気穴を有する
ことを特徴とする請求項１記載の気体溶解分離装置。
【請求項３】
反射板は、
上面が凹状に彎曲形成された円板の中央部に形成され気液混合体の噴入流を反射する凹状反射面部と、
上記円板の周縁部に沿って設けられ気体溶解室の高濃度溶解液を高濃度溶解液室に透過させる液透過部と
を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の気体溶解分離装置。
【請求項４】
タンク本体の上端に設けられ設定圧力で余剰気体および液体の少なくとも一方を外部へ排出する安全弁
を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の気体溶解分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体を液体中に溶解させて高濃度溶解液を分離生成する気体溶解分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の気体溶解分離装置は、複数のタンクを直列に接続し、前段のタンク内で、気液混合体を攪拌して、液体中への気体の溶解量を増大させるようにし、後段のタンク内で、液中に溶解しなかった余剰気体を高濃度溶解液から分離し、高濃度溶解液のみを取出すようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２９３７７号公報（第６−８頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の気体溶解分離装置は、液体中へ気体を溶解させるための前段のタンクと、液体中に溶解しなかった余剰気体を高濃度溶解液から分離するための後段のタンクとをそれぞれ設け、前段のタンクの下部から吐出された液を後段のタンクの上部に順次供給するので、タンクを圧力容器として耐圧構造にしなければならないとともに、その認定を受ける必要があり、装置が大型化するとともに、安価に提供することが困難である。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、圧力容器としての耐圧構造を要求されないとともに、液体中に溶解されなかった余剰気体を効率良く分離できる小型で安価な気体溶解分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、タンク本体と、このタンク本体の上部内に気体と液体とが混合された気液混合体を下向きに噴入する気液混合体噴入管と、この気液混合体噴入管の噴入口に対向して上記タンク本体内に設けられた反射板と、この反射板の上側に仕切形成され反射板により気液混合体の噴入流を反射して発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで気体を液体中に溶解させて高濃度溶解液を作る気体溶解室と、この気体溶解室の上側に位置する上記タンク本体の上端に設けられ液体中に溶解されなかった余剰気体を外部へ排出する余剰気体排出手段と、上記反射板の下側に上記気体溶解室と連通可能に仕切形成され上記気体溶解室から上記反射板を経て下側へ透過させた高濃度溶解液を収容する高濃度溶解液室と、この高濃度溶解液室から高濃度溶解液を外部へ取出す液取出口部とを具備した気体溶解分離装置であり、タンク本体の上部内に気液混合体を下向きに噴入する気液混合体噴入管の噴入口と対向する反射板の上側に気体溶解室を仕切形成し、この気体溶解室のさらに上側に位置するタンク本体の上端に余剰気体排出手段を設け、気体溶解室内の液体中に溶解されなかった余剰気体をこの余剰気体排出手段により外部へ排出するので、タンク本体に圧力容器としての耐圧構造が要求されないとともに、気体溶解室内の余剰気体を効率良く分離できるので、溶解用のタンクのほかに分離用のタンクを設置する必要がなく、小型で安価な気体溶解分離装置を提供できる。また、１つのタンク本体内に反射板により上側の気体溶解室と下側の高濃度溶解液室とをコンパクトに分離形成でき、気体溶解室にて、気液混合体噴入管から噴入された気液混合体の噴入流を反射板により反射させることで発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで、気体を液体中に効率良く溶解させて高濃度溶解液を作ることができるとともに、この高濃度溶解液のみを高濃度溶解液室から液取出口部を経て取出すことができる。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の気体溶解分離装置において、余剰気体排出手段は、余剰気体の抜気量を調整できる抜気量調整弁を備え、この抜気量調整弁は、最も閉じ操作された状態でも開弁状態を保つ通気穴を有するものであり、抜気量調整弁の開度を調整することで、余剰気体の浮上速度を調整できるので、この浮上速度が、高濃度溶解液の高濃度溶解液室への下降速度より大きくなるように、抜気量調整弁の開度を調整することにより、余剰気体が反射板を透過して高濃度溶解液室へ入り込むことを防止できる。また、抜気量調整弁を最も閉じ操作しても、通気穴により開弁状態が保たれるので、抜気量調整弁を誤操作により閉じても、余剰気体を外部へ排出する機能を維持できる。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の気体溶解分離装置における反射板が、上面が凹状に彎曲形成された円板の中央部に形成され気液混合体の噴入流を反射する凹状反射面部と、上記円板の周縁部に沿って設けられ気体溶解室の高濃度溶解液を高濃度溶解液室に透過させる液透過部とを具備したものであり、気液混合体噴入管から噴入された気液混合体の噴入流を反射板の円板の中央部の凹状反射面部に衝突させることで、気体溶解室内に激しい攪拌作用を伴なう乱流を発生させるので、この気体溶解室内で高濃度溶解液を効率良く生成できるとともに、この気体溶解室で生成された高濃度溶解液のみを、反射板の円板の周縁部に沿って設けられた液透過部を経て下側の高濃度溶解液室に透過させ、液取出口部から外部へ取出すことができる。
【０００９】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の気体溶解分離装置において、タンク本体の上端に設けられ設定圧力で余剰気体および液体の少なくとも一方を外部へ排出する安全弁を具備したものであり、タンク本体内からの流出量に対しタンク本体内への流入量が増大してタンク本体内の圧力が上昇しようとする場合でも、安全弁により自動的に余剰気体または液体を外部へ排出することで、タンク本体内の異常な圧力上昇を防止でき、タンク本体が圧力容器となることを確実に回避できるとともに、余剰気体を確実に抜気できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図１乃至図５に示された一実施の形態、図６および図７に示された他の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
先ず、図１乃至図５に示された一実施の形態を説明すると、図４に示されるように、気液混合手段としての渦流ポンプ１１における液体吸込口１２に、吸込側圧力計１３および吸込圧力調整弁１４を経て液体を供給する管路１５が接続されるとともに、空気などの気体を吸込むための気体吸込手段１６も、この渦流ポンプ１１における液体吸込口１２に接続されている。
【００１２】
気体吸込手段１６は、渦流ポンプ１１の液体吸込口１２に挿入された吸込ノズル１６ａに、気体吸引管１６ｂが接続され連通されている。この気体吸引管１６ｂは、例えば気体として空気を吸引する場合は、垂直に設けられた上端開放の管である。
【００１３】
さらに、渦流ポンプ１１にて液体中に気体が混合された気液混合体を吐出する気液吐出口１７より管路１８が引出され、この管路１８は、気体溶解分離装置１９に接続されている。
【００１４】
図５に示されるように、渦流ポンプ１１は、ポンプ本体３２内に環状の昇圧通路３３が形成され、この昇圧通路３３の入口部３４に液体吸込口１２が連通形成されているとともに、昇圧通路３３の出口部３５に気液吐出口１７が連通形成され、昇圧通路３３の入口部３４と出口部３５との間には隔離部３６が形成されている。
【００１５】
ポンプ本体３２内に羽根車３７が回転可能に嵌合されており、この羽根車３７の外周部には、所定ピッチで形成された径方向の小羽根３８と、これらの小羽根３８間の羽根溝３９が設けられており、羽根車３７の中心に嵌着された回転軸４０を外部のモータなどで回動することにより、これらの小羽根３８および羽根溝３９は、羽根車３７と同心円の昇圧通路３３内を回転する。
【００１６】
渦流ポンプ１１の液体吸込口１２を形成する部分には、吸込ノズル１６ａが螺入されて固定されており、この吸込ノズル１６ａの先端部分は昇圧通路３３の入口部３４まで挿入され、この吸込ノズル１６ａから昇圧通路３３の入口部３４に気体が吸込まれる。
【００１７】
図１に示されるように、この気体溶解分離装置１９は、脚部４１によって立形に設置された縦長状のタンク本体４２を中心に設けられている。
【００１８】
このタンク本体４２の上部内には、上記管路１８に接続される気液混合体噴入管４３が側方から挿入して固定され、この気液混合体噴入管４３の先端には、気体と液体とが混合された気液混合体Ａをタンク本体４２の上部内に下向きに噴入する噴入口４４が開口されている。
【００１９】
この気液混合体噴入管４３の噴入口４４に対向して、上記タンク本体４２内に、上面凹状に彎曲形成された反射板４５が設けられ、この反射板４５の上側に気体溶解室４６が仕切形成されている。
【００２０】
この気体溶解室４６は、反射板４５により気液混合体Ａの噴入流を反射して発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで気体を液体中に溶解させて高濃度溶解液を作る室である。
【００２１】
この気体溶解室４６の上側に位置するタンク本体４２の上端には、液体中に溶解されなかった微細な気泡状の余剰気体Ｂを外部へ排出する余剰気体排出手段としての抜気量調整弁４７および安全弁４８が、それぞれ設けられている。
【００２２】
抜気量調整弁４７は、手動調整された所定の弁開度で、外部へ排出される余剰気体Ｂの抜気量を調整できるとともに、抜気に伴なう微量の液を外部へ排出する弁であり、一方、安全弁４８は、タンク本体４２の上部内の圧力が設定圧力を超えたときに自動的に開弁動作して、余剰気体Ｂおよび液体の少なくとも一方を外部へ排出する弁である。
【００２３】
上記反射板４５の下側には、上記気体溶解室４６と連通可能な高濃度溶解液室４９が仕切形成され、この高濃度溶解液室４９に、上記気体溶解室４６から上記反射板４５を経て下側へ透過させた高濃度溶解液Ｃが収容される。タンク本体４２の下部の側面には、この高濃度溶解液室４９から高濃度溶解液Ｃを外部へ取出す液取出口部５０が突設されている。
【００２４】
図２に示されるように、抜気量調整弁４７は、弁本体５１の内部にハンドル５２の回動により開閉操作される可動弁体５３が設けられ、この可動弁体５３には、図示されるように最も閉じ操作された状態でも開弁状態を保つ通気穴５４が穿設されている。
【００２５】
図３に示されるように、上記反射板４５は、上面が凹状に彎曲形成された円板５５の中央部に、気液混合体Ａの噴入流を反射する凹状反射面部５６が形成され、また、上記円板５５の周縁部に沿って、気体溶解室４６から高濃度溶解液室４９に高濃度溶解液Ｃを透過させる多数の透孔状の液透過部５７が設けられている。
【００２６】
次に、図示された渦流ポンプ１１および気体溶解分離装置１９の作用を説明する。
【００２７】
管路１５より液体を渦流ポンプ１１の液体吸込口１２に吸引する。渦流ポンプ１１の液体吸込口１２に吸込まれた液体は、羽根車３７と共に昇圧通路３３をほぼ一周し、その間、液体は、羽根車３７の各羽根溝３９内と昇圧通路３３との間で渦流となり、これが各羽根溝３９で同時に行なわれながら昇圧通路３３内を進み、昇圧通路３３を進むにつれて昇圧されて、気液吐出口１７から吐出される。
【００２８】
このとき同時に、吸込側圧力計１３を見ながら吸込圧力調整弁１４を絞り、渦流ポンプ１１の液体吸込口１２を負圧にして、気体吸引管１６ｂから吸込ノズル１６ａを経て空気などの気体を吸引する。
【００２９】
よって、液体吸込口１２から昇圧通路３３内に液体が吸込まれる際に、吸込ノズル１６ａから昇圧通路３３の入口部３４に気体も吸込まれ、液体と気体とが一緒に羽根車３７と昇圧通路３３との間で生じる渦流によって攪拌され、液体中に微細な気泡を混合された気液混合体が作られる。
【００３０】
この渦流ポンプ１１で昇圧された気液混合体は、気液吐出口１７から管路１８に吐出され、この管路１８を経て気体溶解分離装置１９に供給される。
【００３１】
この気体溶解分離装置１９では、気液混合体噴入管４３の噴入口４４より気体溶解室４６内に気液混合体Ａが噴入され、この気体溶解室４６内で気液混合体Ａが乱流攪拌され、液体中への気体の溶解量を増大させることができる。
【００３２】
すなわち、気液混合体噴入管４３の噴入口４４から気体溶解室４６内に噴入された気液混合体Ａの噴入流を反射板４５の凹状反射面部５６により反射させることで発生した乱流により気体と液体とを激しく攪拌することで、気体を液体中に効率良く高濃度に溶解させて高濃度溶解液を作ることができる。
【００３３】
このとき、液体中に溶解されなかった余剰気体Ｂと液体との間には比重差があり、微細な気泡状の余剰気体Ｂには浮力が作用するので、余剰気体Ｂは、タンク本体４２の上部に向かって浮上し、少なくとも抜気量調整弁４７より、また場合によっては安全弁４８より外部へ排出される。
【００３４】
一方、気体溶解室４６内の高濃度溶解液は、より低圧の高濃度溶解液室４９に向って移動し、反射板４５の周縁部の液透過部５７を透過して高濃度溶解液室４９に入り、この高濃度溶解液室４９内の高濃度溶解液Ｃは、液取出口部５０より外部へ流出する。
【００３５】
次に、図１乃至図３に示された実施形態の効果を説明する。
【００３６】
タンク本体４２の上部内に気液混合体Ａを下向きに噴入する気液混合体噴入管４３の噴入口４４と対向する反射板４５の上側に気体溶解室４６を仕切形成し、この気体溶解室４６のさらに上側に位置するタンク本体４２の上端に抜気量調整弁４７を設け、気体溶解室４６内の液体中に溶解されなかった余剰気体Ｂをこの抜気量調整弁４７により外部へ排出するので、タンク本体４２に圧力容器としての耐圧構造が要求されないとともに、気体溶解室４６内の余剰気体Ｂを効率良く分離できるので、溶解用のタンクのほかに分離用のタンクを設置する必要がなく、小型で安価な気体溶解分離装置１９を提供できる。
【００３７】
また、１つのタンク本体４２内に、反射板４５により、上側の気体溶解室４６と下側の高濃度溶解液室４９とをコンパクトに分離形成でき、気体溶解室４６では、気液混合体噴入管４３から噴入された気液混合体Ａの噴入流を反射板４５の中央部の凹状反射面部５６に衝突させ反射させることで、気体溶解室４６内に激しい攪拌作用を伴なう乱流を発生させるので、この乱流中で気体を液体中に効率良く溶解させて高濃度溶解液Ｃを効率良く生成できるとともに、この気体溶解室４６で生成された高濃度溶解液Ｃのみを、反射板４５の周縁部に沿って設けられた液透過部５７を経て下側の高濃度溶解液室４９に透過させ、この高濃度溶解液室４９から液取出口部５０を経て外部へ取出すことができる。
【００３８】
さらに、抜気量調整弁４７の開度を調整することで、余剰気体Ｂの浮上速度を調整できるので、この浮上速度が、高濃度溶解液Ｃの高濃度溶解液室４９への下降速度より大きくなるように、抜気量調整弁４７の開度を調整することにより、余剰気体Ｂが反射板４５の液透過部５７に吸込まれて高濃度溶解液室４９へ入り込むことを防止できる。
【００３９】
このとき、抜気量調整弁４７を誤って最も閉じ操作しても、その通気穴５４により開弁状態が保たれるので、余剰気体Ｂを外部へ排出する機能を維持できる。
【００４０】
その上、タンク本体４２内からの流出量に対しタンク本体４２内への流入量が増大してタンク本体４２内の圧力が上昇しようとする場合でも、安全弁４８により自動的に余剰気体Ｂまたは液体を外部へ排出することで、タンク本体４２内の異常な圧力上昇を防止でき、タンク本体４２が圧力容器となることを確実に回避できるとともに、余剰気体Ｂを確実に抜気できる。
【００４１】
次に、図６および図７に示された他の実施の形態を説明する。なお、図１乃至図３に示された実施の形態と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４２】
図６に示されるように、タンク本体４２の上部内には、図４に示された管路１８に接続される気液混合体噴入管４３ａがタンク上面部から挿入して固定され、この気液混合体噴入管４３ａの下端には、気体と液体とが混合された気液混合体Ａをタンク本体４２の上部内に下向きに噴入する噴入口４４ａが開口されている。
【００４３】
また、タンク本体４２内の高濃度溶解液室４９から高濃度溶解液Ｃを外部へ取出す液取出口部５０ａは、タンク本体４２の最下部からいったん真下に引出された後、側方へ折曲されている。
【００４４】
さらに、気液混合体噴入管４３ａの噴入口４４ａに対向して、上記タンク本体４２内に、上面凹状に彎曲形成された反射板４５ａが設けられ、この反射板４５ａは、図７に示されるように、上面が凹状に彎曲形成された円板５５の中央部に、気液混合体Ａの噴入流を反射する凹状反射面部５６が形成され、また、円板５５の外周部に複数の凸部５７ａが等ピッチで突設され、これらの各凸部５７ａをタンク本体４２の内壁面に当接させることで、各凸部５７ａ，５７ａ間に隙間状の液透過部５７ｂが上記円板５５の周縁部に沿って設けられ、これらの液透過部５７ｂを経て気体溶解室４６から高濃度溶解液室４９に高濃度溶解液Ｃが透過される。
【００４５】
なお、この気体溶解分離装置１９は、液体に空気、酸素またはオゾンなどの各種気体を混合溶解させるもので、本装置には、微細気泡発生装置、酸素富化装置またはオゾン溶解装置などが含まれる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、タンク本体の上部内に気液混合体を下向きに噴入する気液混合体噴入管の噴入口と対向する反射板の上側に気体溶解室を仕切形成し、この気体溶解室のさらに上側に位置するタンク本体の上端に余剰気体排出手段を設け、気体溶解室内の液体中に溶解されなかった余剰気体をこの余剰気体排出手段により外部へ排出するので、タンク本体に圧力容器としての耐圧構造が要求されないとともに、気体溶解室内の余剰気体を効率良く分離できるので、溶解用のタンクのほかに分離用のタンクを設置する必要がなく、小型で安価な気体溶解分離装置を提供できる。また、１つのタンク本体内に反射板により上側の気体溶解室と下側の高濃度溶解液室とをコンパクトに分離形成でき、気体溶解室にて、気液混合体噴入管から噴入された気液混合体の噴入流を反射板により反射させることで発生した乱流により気体と液体とを攪拌することで、気体を液体中に効率良く溶解させて高濃度溶解液を作ることができるとともに、この高濃度溶解液のみを高濃度溶解液室から液取出口部を経て外部へ取出すことができる。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、抜気量調整弁の開度を調整することで、余剰気体の浮上速度を調整できるので、この浮上速度が、高濃度溶解液の高濃度溶解液室への下降速度より大きくなるように、抜気量調整弁の開度を調整することにより、余剰気体が反射板を透過して高濃度溶解液室へ入り込むことを防止できる。また、抜気量調整弁を最も閉じ操作しても、その通気穴により開弁状態が保たれるので、抜気量調整弁を誤って閉じ操作しても、余剰気体を外部へ排出する機能を維持できる。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、気液混合体噴入管から噴入された気液混合体の噴入流を反射板の円板の中央部の凹状反射面部に衝突させることで、気体溶解室内に激しい攪拌作用を伴なう乱流を発生させるので、この気体溶解室内で高濃度溶解液を効率良く生成できるとともに、この気体溶解室で生成された高濃度溶解液のみを、反射板の円板の周縁部に沿って設けられた液透過部を経て下側の高濃度溶解液室に透過させ、液取出口部から外部へ取出すことができる。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、タンク本体内からの流出量に対しタンク本体内への流入量が増大してタンク本体内の圧力が上昇しようとする場合でも、安全弁により自動的に余剰気体または液体を外部へ排出することで、タンク本体内の異常な圧力上昇を防止でき、タンク本体が圧力容器となることを確実に回避できるとともに、余剰気体を確実に抜気できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体溶解分離装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同上気体溶解分離装置に用いられている抜気量調整弁の平面図である。
【図３】同上気体溶解分離装置に用いられている反射板の平面図である。
【図４】同上気体溶解分離装置に気液混合用の渦流ポンプを接続した回路の概要図である。
【図５】同上渦流ポンプの断面図である。
【図６】本発明に係る気体溶解分離装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】同上気体溶解分離装置に用いられている反射板の平面図である。
【符号の説明】
４２    タンク本体
４３    気液混合体噴入管
４４    噴入口
４５    反射板
４６    気体溶解室
４７    余剰気体排出手段としての抜気量調整弁
４８    余剰気体排出手段としての安全弁
４９    高濃度溶解液室
５０    液取出口部
５４    通気穴
５５    円板
５６    凹状反射面部
５７    液透過部
Ａ    気液混合体
Ｂ    余剰気体
Ｃ    高濃度溶解液
【図１】
2005000880.tif 000003
【図２】
2005000880.tif 000004
【図３】
2005000880.tif 000005
【図４】
2005000880.tif 000006
【図５】
2005000880.tif 000007
【図６】
2005000880.tif 000008
【図７】
2005000880.tif 000009