(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方略中央部に形成された流入口、および下方側に形成された吐出口を備え、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒形の溶解タンクと、
液体を加圧するポンプを備え、前記液体が前記溶解タンクの内部に噴出される前に前記液体に気体を混合させて気液混合体とし、前記溶解タンクの流入口から下方に向けて前記溶解タンクの内部に噴出される前記気液混合体中の液体の噴出流速を約２．０m/s 以上とし、前記溶解タンクの内部における前記液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とする噴出手段とを具備し、
前記溶解タンクは、前記噴出手段のポンプによる前記流入口からの前記気液混合体の下方への噴出によって、この溶解タンクの内部に前記気液混合体を滞留させ、この溶解タンクの内部に乱流泡渦の相を発生させてこの溶解タンクの内部にて形成される気泡を微細化させ、この溶解タンクの内部に滞留される前記液体の略全体に微細化された微細気泡が発生した状態を形成し、前記気体を前記液体に溶解させて溶解液体を形成させ、この溶解液体を、前記液体に溶解されなかった残留気体とともに前記吐出口から吐出させる
ことを特徴とした気液混合溶解装置。
【請求項２】
上方略中央部に形成された液体流入口、下方側に形成された吐出口、および上方側に形成された気体流入口を備え、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒状の溶解タンクと、
前記溶解タンクの気体流入口から気体をこの溶解タンクの内部に流入させる気体流入手段と、
液体を加圧するポンプを備え、前記溶解タンクの液体流入口から下方に向けて、前記液体を２．０m/s 以上の噴出流速で噴出させて、前記溶解タンクの内部における前記液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とする液体噴出手段とを具備し、
前記溶解タンクは、前記気体流入手段による前記気体流入口からの前記気体の流入、および前記液体噴出手段のポンプによる前記液体流入口からの前記液体の下方への噴出によって、この溶解タンクの内部に前記気体および前記液体を滞留させ、この溶解タンクの内部に乱流泡渦の相を発生させてこの溶解タンクの内部にて形成される気泡を微細化させ、この溶解タンクに滞留される前記液体の略全体に微細化された微細気泡が発生した状態を形成し、前記気体を前記液体に溶解させて溶解液体を形成させ、この溶解液体を、前記液体に溶解されなかった残留気体とともに前記吐出口から吐出させる
ことを特徴とした気液混合溶解装置。
【請求項３】
略中央部に流出口が少なくとも一つ以上開口形成された略板状の仕切部を溶解タンクの内部に少なくとも一つ以上配設し、この溶解タンクの内部を直列多段式に形成する
ことを特徴とした請求項１または２記載の気液混合溶解装置。
【請求項４】
溶解タンクの底部の略中央部には、乱流促進板が内設されている
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれかに記載の気液混合溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曝気装置、気液反応装置、脱酸装置などに用いられるポンプを用いた気液混合溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気液混合溶解装置としては、例えば図６に示す構成のものが知られている。
【０００３】
この図６に示す気液混合溶解装置1aは、タンク時間加圧方式が採られており、例えば渦流ポンプなどのポンプ２にて加圧された水などによる液体が溶解タンク３に流出される以前の状態で、コンプレッサ４にて加圧された空気などによる気体が前記液体に流入されて攪拌混合され、そして、この気体と前記液体とが攪拌混合された気液混合体が前記溶解タンク３の上方側方部に形成されている流入口５から前記溶解タンク３の内部６に流入され、この溶解タンク３の内部６にて前記気体が前記液体に溶解される構成が採られている。
【０００４】
【表１】
0004558868.tif 000002
そして、上記気液混合溶解装置1aは、表１に示すように、流速２３．０l/min にて液温２４．０℃の前記液体（水）を流出させる内容量２１０ｌの前記ポンプ２、および、注入量４．７Nl/minにて前記気体（空気）を流入させる前記コンプレッサ４を用いて、前記溶解タンク３の内部６に前記液体に対する前記気体の混合比率、すなわち気液混合比率２０％の気液混合体を９分間滞留させて、この溶解タンク３の内部６を０．４ＭPaに加圧した場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が１３．０ml/lであった。よって、水温２４．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は１９．１％である。
【０００５】
さらに、前記気液混合溶解装置1aのコンプレッサ４による前記気体の注入量が９．１Nl/minと設定され、前記液体の液温が２４．５℃である気液混合比率４０％の気液混合体を溶解タンク３の内部６に滞留させた場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が１７．０ml/lであった。よって、水温２４．５℃における飽和溶解量に対する溶解比率は２５．１％である。
【０００６】
また、図７に示す構成の気液混合溶解装置も知られている。
【０００７】
この図７に示す気液混合溶解装置1bは、スタティックミキサ７を用いた時間加圧方式が採られており、ポンプ２にて加圧された液体が前記スタティックミキサ７に流入される以前の状態で、コンプレッサ４にて加圧された気体が前記液体に流入されて攪拌混合され、そして、この気体と前記液体とが攪拌混合された気液混合体が前記スタティックミキサ７に流入され、さらに、溶解タンク３の流入口５からこの溶解タンク３の内部６に前記気液混合体が流入され、この溶解タンク３の内部６にて前記気体が前記液体に溶解される構成が採られている。
【０００８】
【表２】
0004558868.tif 000003
そして、上記気液混合溶解装置1bは、表２に示すように、流速２３．０l/min にて液温２３．０℃の前記液体（水）を流出させる内容量２１０ｌの前記ポンプ２、および、注入量２．３Nl/minにて前記気体（空気）を流入させる前記コンプレッサ４を用いて、前記溶解タンク３の内部６に気液混合比率１０％の気液混合体を９分間滞留させて、この溶解タンク３の内部６の圧力を０．４ＭPaに加圧した場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が１８．０ml/lであった。よって、水温２３．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は２６．０％である。
【０００９】
また、前記気液混合溶解装置1bのコンプレッサ４による前記気体の注入量が４．７Nl/minと設定され気液混合比率２０％の気液混合体の場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が２６．５ml/lであった。よって、水温２３．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は３８．３％である。
【００１０】
次いで、前記気液混合溶解装置1bのコンプレッサ４による前記気体の注入量が６．９Nl/minと設定され気液混合比率３０％の気液混合体の場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が３１．０ml/lであった。よって、水温２３．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は４４．８％である。
【００１１】
同様に、前記気液混合溶解装置1bのコンプレッサ４による前記気体の注入量が９．１Nl/minと設定され気液混合比率４０％の気液混合体の場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が３７．０ml/lであった。よって、水温２４．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は５４．４％である。
【００１２】
さらに、前記気液混合溶解装置1bのコンプレッサ４による前記気体の注入量が１１．６Nl/minと設定され気液混合比率５０％の気液混合体の場合には、前記溶解液体１．０ｌ中から抽出される前記気体の抽出量が４０．０ml/lであった。よって、水温２４．０℃における飽和溶解量に対する溶解比率は５８．８％である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６および図７に示す気液混合溶解装置1a，1bは、前記溶解タンク３の流入口５から前記液体を流入させる以前の状態で、前記気体を前記コンプレッサ４にて加圧して前記液体中に流入させ、さらにこの液体と気体とが混合された前記気液混合体が前記溶解タンク３の内部６に流入されて高圧化にてこの溶解タンク３の内部６で前記液体に前記気体を溶解させる構成である。
【００１４】
このため、前記液体に対する前記気体の溶解比率が比較的低いものであった。よって、前記液体に前記気体を溶解させる際における溶解比率を向上させることが切望されており、さらには、高濃度に前記液体に前記気体が溶解した溶解液体を製造することが困難であった。
【００１５】
また、前記気液混合溶解装置1a，1bを用いて前記液体に対する前記気体の溶解比率を向上させるためには、前記溶解タンク３の内部６における前記液体と前記気体との接触時間を確保する必要がある。
【００１６】
よって、前記溶解タンクの内部６に滞留される前記液体および気体の量を多大に確保することが必要であるため、この溶解タンク３の容量を大きくする、すなわちこの溶解タンク３を大型化しなければならないという問題を有していた。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、液体に対する気体の溶解比率が良く、溶解時間が短縮でき、小型化が可能な気液混合溶解装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の気液混合溶解装置は、上方略中央部に形成された流入口、および下方側に形成された吐出口を備え、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒形の溶解タンクと、液体を加圧するポンプを備え、前記液体が前記溶解タンクの内部に噴出される前に前記液体に気体を混合させて気液混合体とし、前記溶解タンクの流入口から下方に向けて前記溶解タンクの内部に噴出される前記気液混合体中の液体の噴出流速を約２．０m/s 以上とし、前記溶解タンクの内部における前記液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とする噴出手段とを具備し、前記溶解タンクは、前記噴出手段のポンプによる前記流入口からの前記気液混合体の下方への噴出によって、この溶解タンクの内部に前記気液混合体を滞留させ、この溶解タンクの内部に乱流泡渦の相を発生させてこの溶解タンクの内部にて形成される気泡を微細化させ、この溶解タンクの内部に滞留される前記液体の略全体に微細化された微細気泡が発生した状態を形成し、前記気体を前記液体に溶解させて溶解液体を形成させ、この溶解液体を、前記液体に溶解されなかった残留気体とともに前記吐出口から吐出させるものである。
【００１９】
そして、液体と気体とが混合された気液混合体を、溶解タンクの流入口からこの溶解タンクの下方に向けて噴出手段のポンプにて噴出させると、気液混合体が溶解タンクの内部に滞留される。このとき、溶解タンクの内部においては、噴出手段のポンプにて噴出された気液混合体にて乱流泡渦の相が発生されて、この溶解タンクの内部に滞留されている液体中に気体による気泡が形成される。さらに、この溶解タンクの内部に滞留されている液体中では、気体による気泡が微細化されている。そして、この溶解タンクの内部では、この溶解タンクにて滞留された液体の略全体に微細化された微細気泡が発生している状態が形成されている。このとき、液体中に気体が溶解されて溶解液体が形成される。さらに、この溶解液体が、液体に溶解されなかった残留気体とともに溶解タンクの吐出口から吐出される。よって、溶解タンクの内部に滞留される液体の略全体に微細気泡が発生した状態が形成されるため、液体と気体との接触面積及び接触時間が十分に確保されて液体に対する気体の溶解比率が向上されるとともに、液体に対する気体の溶解時間が短縮される。このため、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体が製造される。さらには、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができるため、装置本体が小型化される。
【００２０】
さらに、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒状の溶解タンクの流入口から下方に向けて、前記溶解タンクの内部に噴出される前記気液混合体中の液体の噴出流速を約２．０m/s 以上とし、この溶解タンクの内部における液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とすると、溶解タンクの内部に滞留される液体中に気体が溶解する際における溶解比率が向上されるとともに、一定量の液体中に一定量の気体が溶解するために必要な溶解時間が短縮される。よって、高濃度に液体中に気体が溶解された溶解液体が容易に製造される。
【００２１】
請求項２記載の気液混合溶解装置は、上方略中央部に形成された液体流入口、下方側に形成された吐出口、および上方側に形成された気体流入口を備え、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒状の溶解タンクと、前記溶解タンクの気体流入口から気体をこの溶解タンクの内部に流入させる気体流入手段と、液体を加圧するポンプを備え、前記溶解タンクの液体流入口から下方に向けて、前記液体を２．０m/s 以上の噴出流速で噴出させて、前記溶解タンクの内部における前記液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とする液体噴出手段とを具備し、前記溶解タンクは、前記気体流入手段による前記気体流入口からの前記気体の流入、および前記液体噴出手段のポンプによる前記液体流入口からの前記液体の下方への噴出によって、この溶解タンクの内部に前記気体および前記液体を滞留させ、この溶解タンクの内部に乱流泡渦の相を発生させてこの溶解タンクの内部にて形成される気泡を微細化させ、この溶解タンクに滞留される前記液体の略全体に微細化された微細気泡が発生した状態を形成し、前記気体を前記液体に溶解させて溶解液体を形成させ、この溶解液体を、前記液体に溶解されなかった残留気体とともに前記吐出口から吐出させるものである。
【００２２】
そして、溶解タンクの液体流入口から液体を液体噴出手段のポンプにてこの溶解タンクの内部の下方に向けて噴出するとともに、溶解タンクの気体流入口から気体を気体流入手段にてこの溶解タンクの内部に流入すると、この溶解タンクの内部に液体および気体が滞留される。このとき、溶解タンクの内部においては、この溶解タンクに滞留されている液体中に乱流泡渦の相が発生され、この溶解タンクの内部にて形成される気体による気泡が微細化される。さらに、この溶解タンクの内部では、この溶解タンクの内部に滞留されている液体の略全体に微細化された微細気泡が発生する状態が形成される。そして、この状態のとき、液体に気体が溶解されて溶解液体が形成される。さらに、この溶解液体が、液体に溶解されなかった残留気体とともに溶解タンクの吐出口から吐出される。よって、溶解タンクの内部に滞留される液体の略全体に微細気泡が発生した状態が形成されるため、液体と気体との接触面積及び接触時間が十分に確保され、液体に対する気体の溶解比率が向上されるとともに、液体に対する気体の溶解時間が短縮される。このため、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体が製造される。さらには、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができるため、装置本体が小型化される。
【００２３】
さらに、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する略円筒状の溶解タンクの液体流入口から下方に向けて、液体を２．０m/s 以上の噴出流速で噴出させ、この溶解タンクの内部における液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下とすると、溶解タンクの内部に滞留される液体中に気体が溶解する際における溶解比率が向上されるとともに、一定量の液体中に一定量の気体が溶解するために必要な溶解時間が短縮される。よって、高濃度に液体中に気体が溶解された溶解液体が容易に製造される。
【００２４】
請求項３記載の気液混合溶解装置は、請求項１または２記載の気液混合溶解装置において、略中央部に流出口が少なくとも一つ以上開口形成された略板状の仕切部を溶解タンクの内部に少なくとも一つ以上配設し、この溶解タンクの内部を直列多段式に形成するものである。
【００２５】
そして、流出口が少なくとも一つ以上開口形成されている仕切部を少なくとも一つ以上溶解タンクの内部に配設し、この溶解タンクの内部を直列多段式に形成した場合には、溶解タンクの内部に噴出された液体は、まず溶解タンクの流入口側に形成されている第１の層に滞留され、この第１の層にて液体中に気体が溶解される。次いで、第１の層の下方に配設されている仕切部の流出口から第１の層にて気体が液体に溶解された溶解液体が流出され、この第１の層の下方に形成されている第２の層に滞留されるとともに、第１の層にて液体に溶解されなかった気体が仕切部の流出口から第２の層に流出される。そして、この第２の層にて再度この溶解液中に気体が溶解される。よって、液体と気体との接触面積及び接触時間がさらに十分に確保されるため、液体に対する気体の溶解比率がさらに向上されるとともに、液体に気体を一定量溶解させるために必要な溶解時間が短縮される。このため、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体がさらに容易に製造される。また、液体に対する気体の溶解比率がさらに向上されるため、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができ、装置本体が小型に成形される。
【００２６】
請求項４記載の気液混合溶解装置は、請求項１ないし３いずれかに記載の気液混合溶解装置において、溶解タンクの底部の略中央部には、乱流促進板が内設されているものである。
【００２７】
そして、乱流促進板を溶解タンクの底部の略中央部に内設することにより、溶解タンクの内部に滞留された液体中に形成される乱流泡渦の相がより長く形成される。よって、溶解タンクの内部における液体中の微細気泡の攪拌作用が向上されるので、溶解タンクの内部における液体に対する気体の溶解比率がさらに向上されるとともに、溶解タンクの内部における液体に、気体が一定量溶解するために必要な溶解時間が短縮される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の気液混合溶解装置における実施の一形態の構成について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１において、10は気液混合溶解装置で、この気液混合溶解装置10は、内部11に例えば水などの液体12が滞留される略縦長円筒形状の溶解塔13a としての溶解タンク13と、この溶解タンク13に前記液体12および例えば空気などの気体14が攪拌混合された気液混合体15を噴出させる噴出手段16とを具備している。さらに、この気液混合溶解装置10は、前記溶解タンク13にて前記液体12中に前記気体14が溶解された溶解液体17、およびこの溶解タンク13の内部11にて前記液体12中に溶解されなかった前記気体14中における残留気体18が流入される副溶解タンク19a ，19b を、例えば２基具備している。
【００３０】
また、この気液混合溶解装置10は、例えば、加圧浮上用溶解装置（微細気泡発生装置）、曝気装置、気液反応装置、脱酸装置およびその他気液溶解槽などに用いられる装置であり、前記液体12に前記気体14を混合溶解させるためのものである。
【００３１】
そして、前記溶解タンク13は、この溶解タンク13の上方略中央部に位置するとともにこの溶解タンク13の下方に向けて開口形成された流入口20と、この溶解タンク13の下方側に位置する底部21の略中央部に開口形成された吐出口22とを備えている。また、この溶解タンク13は、前記流入口20から前記気液混合体15が噴出された際に、この溶解タンク13の内部11に前記気液混合体15が一定量滞留されてこの溶解タンク13の内部11が約０．４ＭPaに加圧された状態となるように構成されており、さらに、前記溶解液体17および前記残留気体18が前記吐出口22から流出するように構成されている。
【００３２】
さらに、前記溶解タンク13の底部21の略中央部には、中心からこの溶解タンク13の流入口20に向けて湾曲する凹弧面状の乱流促進板23が内設されている。この乱流促進板23は、前記溶解タンク13の内部11にて形成される乱流泡渦24の相、すなわちこの乱流泡渦24の高さおよび大きさがより長く形成される凹弧面状に形成されている。また、前記溶解タンク13は、この溶解タンク13の高さ寸法が、この溶解タンク13の内径寸法の約２倍以上、５倍以下となるように構成されている。
【００３３】
次いで、前記噴出手段16は、前記液体12を加圧して前記溶解タンク13の流入口20から前記液体12を噴出させる、例えば渦流ポンプなどのポンプ25と、前記気体14を加圧して前記液体12が前記溶解タンク13の内部11に噴出される以前の状態で、前記液体12に前記気体14を攪拌混合させるコンプレッサ26とを備えている。
【００３４】
そして、この噴出手段16は、前記ポンプ25にて加圧された前記液体12に、前記コンプレッサ26にて加圧された前記気体14を攪拌混合させて前記気液混合体15を形成し、この気液混合体15を前記溶解タンク13の流入口20から下方に向けて噴出させ、さらに、この溶解タンク13の内部11に滞留されている前記気液混合体15中に前記乱流泡渦24を発生させてこの溶解タンク13の内部11にて形成される気泡を微細化させて、例えば４mmから５mm程度の微細気泡27を形成し、この溶解タンク13の内部11に滞留されている前記液体12の略全体に前記微細気泡27が発生している状態を形成するように構成されている。
【００３５】
ここで、前記微細気泡27は、前記溶解タンク13の内部11で前記乱流泡渦24にて、例えば蛙の卵のように、この微細気泡27が十分に満たされた状態となり、さらには、激しく乱流されている。
【００３６】
また、前記流入口20は、前記溶解タンク13の内部11にて形成される前記乱流泡渦24の相がより長く形成されるように、この溶解タンク13の内径寸法および高さ寸法に対して、この溶解タンク13の流入口20から噴出される前記液体12の噴出流速と、この溶解タンク13の内部11における前記液体12の滞留時間とが適宜に調節されている。さらに、この流入口20は、前記液体12の噴出流速が約２．０m/s 以上となり、さらに、前記液体12の滞留時間が約５．０sec 以上、２４．０sec 以下となるように設定されている。
【００３７】
さらに、前記副溶解タンク19a ，19b は、この副溶解タンク19a ，19b の上方略中央部に位置するとともにこの副溶解タンク19a ，19b の下方に向けて開口形成された副流入口30a ，30b と、この副溶解タンク19a ，19b の下方側に位置する底部29a ，29b の略中央部に開口形成された副吐出口31a ，31b とを備えている。
【００３８】
そして、この副溶解タンク19a ，19b の底部29a ，29b の略中央部には、中心からこの副溶解タンク19a ，19b の副流入口30a ，30b に向けて湾曲する凹弧面状の前記乱流促進板23が内設されている。また、この副溶解タンク19a ，19b は、図１に示すように、２基設置されており、一方の前記副溶解タンク19a の副流入口30a が前記溶解タンク13の吐出口22に接続され、他方の前記副溶解タンク19b の副流入口30b が前記一方の副溶解タンク19a の副吐出口31a に接続されている。
【００３９】
そして、前記一方の副溶解タンク19a は、前記溶解タンク13にて前記液体12中に前記気体14が溶解された際における前記溶解液体17、および前記溶解タンク13にて前記液体12中に前記気体14を溶解されなかった前記残留気体18が、前記溶解タンク13の吐出口22から吐出されこの一方の副溶解タンク19a の副流入口30a に流入されるように構成されている。また、この一方の副溶解タンク19a は、この一方の副溶解タンク19a の内部32a に流入された前記溶解液体17に前記残留気体18が溶解されるように構成されている。
【００４０】
また、前記他方の副溶解タンク19b は、前記一方の副溶解タンク19a にて前記溶解液体17に前記残留気体18が溶解された際における濃溶解液体33、および前記一方の副溶解タンク19a にて前記溶解液体17中に前記残留気体18を溶解されなかった希残留気体34が、前記一方の副溶解タンク19a の副吐出口31a から吐出されこの他方の副溶解タンク19b の副流入口30b に流入されるように構成されている。
【００４１】
さらに、この他方の副溶解タンク19b は、この他方の副溶解タンク19b の内部32b に流入された前記濃溶解液体33に、前記希残留気体34が溶解されて高濃度溶解液体35が形成され、かつこの他方の副溶解タンク19b の内部32b に希薄残留気体36が残留排出するように構成されている。
【００４２】
次に、上記実施の一形態における気液混合溶解装置の作用について説明する。
【００４３】
まず、噴出手段16のポンプ25にて液体12が加圧されて溶解タンク13に送られる。このとき、液体12が溶解タンク13に送られる以前の状態で、噴出手段16のコンプレッサ26にて加圧された気体14が液体12に流入される。そしてこの状態で、液体12に気体14が攪拌混合されて気液混合体15が形成される。さらに、この気液混合体15が溶解タンク13の流入口20からこの溶解タンク13の内部11に下方に向けて噴出される。
【００４４】
この気液混合体15が溶解タンク13に下方に向けて噴出されると、この溶解タンク13の内部11には、一定量の気液混合体15が滞留される。そして、溶解タンク13に滞留されている液体12中には、この溶解タンク13の内部11の略中央部で上方から下方に向けて流れ、さらに溶解タンク13の内部11の周辺部で下方から上方に向けて流れる乱流泡渦24が発生する。また、この溶解タンク13の内部11に滞留されている液体12中には、気体14が気泡として形成されており、この気泡14が微細化されて微細気泡27が形成される。
【００４５】
さらに、この溶解タンク13の内部11には、この溶解タンク13の内部11に滞留されている液体12の略全体に微細気泡27が発生した状態が形成される。このとき、液体12に気体14が溶解されて溶解液体17が形成され、さらに液体12に溶解されなかった気体14が残留気体18となる。
【００４６】
そして、この溶解液体17および残留気体18が溶解タンク13の吐出口22から流出され、一方の副溶解タンク19a の副流入口30a から下方に向けてこの一方の副溶解タンク19a の内部32a に流入される。
【００４７】
このとき、この一方の副溶解タンク19a の内部32a では、溶解液体17および残留気体18が一定量滞留され、溶解タンク13の場合とほぼ同様に、乱流泡渦24が発生して残留気体18が気泡となり、さらにこの気泡が微細化されて微細気泡27が形成され、この一方の副溶解タンク19a の内部32a に滞留される溶解液体17の略全体に微細気泡27が発生した状態が形成される。また、この状態で溶解液体17に残留気体18が溶解されて濃溶解液体33が形成され、さらにこの溶解液体17に溶解されなかった残留気体18が希残留気体34となる。
【００４８】
さらに、この濃溶解液体33および希残留気体34が一方の副溶解タンク19a の副吐出口31a から流出され、他方の副溶解タンク19b の副流入口30b から下方に向けてこの他方の副溶解タンク19b の内部32b に流入される。
【００４９】
このとき、この他方の副溶解タンク19b の内部32b では、濃溶解液体33および希残留気体34が一定量滞留され、乱流泡渦24が発生して希残留気体34が気泡となり、さらにこの気泡が微細化されて微細気泡27が形成され、この他方の副溶解タンク19b の内部32b に滞留される濃溶解液体33の略全体に微細気泡27が発生した状態が形成される。またこの状態で、濃溶解液体33に希残留気体34が溶解されて高濃度溶解液体35が形成される。
【００５０】
そして、この高濃度溶解液体35が他方の副溶解タンク19b の副吐出口31b から流出される。またこのとき、高濃度溶解液体35に溶解されなかった希薄残留気体36は外部に取り除かれる。
【００５１】
上述したように、上記実施の一形態では、ポンプ25にて加圧された液体12に、コンプレッサ26にて加圧された気体14を流入させ、この液体12と気体14とを攪拌混合させ、気液混合体15を溶解タンク13の流入口20からこの溶解タンク13の内部11に噴出させると、この溶解タンク13の内部11では、気液混合体15が一定量滞留され、この気液混合体15中に乱流泡渦24が発生し、この溶解タンク13の内部11に滞留された液体12の略全体に微細気泡27が発生した状態が形成される。
【００５２】
このため、液体12と気体14との攪拌混合性能が良いので、液体12と気体14との反応速度が良く、反応時間の短縮化が可能となるとともに、液体12に対する気体14の溶解比率を向上できる。よって、高濃度に液体12中に気体14が溶解した高濃度溶解液体35が製造できる。
【００５３】
さらには、容量の小さい小型な溶解タンク13を用いることができるため、装置本体を小型に形成することができ、設置面積が削減できる。また、噴出手段16のポンプ25およびコンプレッサ26なども通常用いられるのもので足りるため、構成が簡略となり、省エネルギで済み、構成が簡単で陸上に設置するタイプであるため、メンテナンスが容易である。さらに、液体中に投げ込むタイプに比べると、装置本体が投げ込む深さなどに影響されないため、取り扱いが容易である。
【００５４】
また、溶解タンク13にて液体12に気体14が溶解された溶解液体17および残留気体18が、この溶解タンク13の吐出口22から流出されて一方の副溶解タンク19a の副流入口30a から流入され、この一方の副溶解タンク19a にて溶解液体17に残留気体18が溶解された濃溶解液体33および希残留気体34が、この一方の副溶解タンク19a の副吐出口31a から流出されて他方の副溶解タンク19b の副流入口30b から流入され、さらに、この他方の副溶解タンク19b にて濃溶解液体33に希残留気体34が溶解された高濃度溶解液体35が、この他方の副溶解タンク19b の副吐出口31b から流出される。
【００５５】
よって、液体12と気体14との接触面積及び接触時間がさらに十分に確保できるので、液体12に対する気体14の溶解比率をさらに向上できる。このため、高濃度に液体12中に気体14が溶解した高濃度溶解液体35がさらに容易に製造できる。
【００５６】
そして、溶解タンク13および副溶解タンク19a ，19b には、乱流促進板23が内設されている。このため、溶解タンク13の内部11および副溶解タンク19a ，19b の内部32a ，32b にて形成される乱流泡渦24の相がより長く形成される。よって、溶解タンク13の内部11および副溶解タンク19a ，19b の内部32a ，32b における微細気泡27の攪拌作用を向上できるので、この溶解タンク13の内部11および副溶解タンク19a ，19b の内部32a ，32b における液体12に対する気体14の溶解比率を向上できるとともに、液体12に気体14が一定量溶解するために必要な溶解時間を短縮できる。
【００５７】
さらに、内径寸法の約２倍以上、５倍以下の高さ寸法を有する溶解タンク13の内部11に噴出される気液混合体15中の液体12の噴出流速を約２．０m/s 以上とし、この溶解タンク13の内部11における液体12の滞留時間を約５．０sec 以上、２４．０sec 以下と設定すると、溶解タンク13の内部11において、微細気泡27の浮力にてこの溶解タンク13の内部11に滞留されている液体12の液面に微細気泡27が浮上することなく、この微細気泡27が乱流する液体12中における範囲が狭くなることなく、かつこの溶解タンク13の内部11に必要以上の気体溜まりが形成されることなく、この溶解タンク13の内部11において乱流泡渦24が発生し液体12の略全体に微細気泡27が発生した状態が形成される。
【００５８】
このため、溶解タンク13の内部11に滞留される液体12中に気体14が溶解する際における溶解比率をさらに向上できるとともに、一定量の液体12中に一定量の気体14が溶解するために必要な溶解時間をさらに短縮できる。よって、高濃度に液体12中に気体14が溶解された高濃度溶解液体35がさらに容易に製造できる。
【００５９】
また、溶解タンク13の内径寸法および高さ寸法に対して、溶解タンク13の流入口20から噴出される気液混合体15中の液体12の流入量および噴出流速と、この溶解タンク13の内部11における液体12の流速とを適宜に調節すると、この溶解タンク13の内部11にて形成される乱流泡渦24の相がより長く形成される。
【００６０】
このため、溶解タンク13の内部11に滞留される液体12に対する気体14の溶解比率を向上できるとともに、一定量の液体12に一定量の気体14が溶解するために必要な溶解時間を短縮できる。よって、高濃度に液体12に気体14が溶解した高濃度溶解液体35を容易に製造できる。
【００６１】
なお、上記実施の一形態では、溶解タンク13および副溶解タンク19a ，19b に乱流促進板23が内設されているが、この乱流促進板23は、この乱流促進板23の下方に微細気泡27が十分に通過し、かつ溶解タンク13の吐出口22および副溶解タンク19a ，19b の副吐出口31a ，31b から微細気泡27が十分に流出される形状に形成されていることが望ましい。
【００６２】
そして、上記のように乱流促進板23を形成することにより、溶解タンク13の内部11および副溶解タンク19a ，19b の内部11の上方に気体14による気体溜まりの形成が解消できる。
【００６３】
また、溶解タンク13および副溶解タンク19a ，19b には乱流促進板23が内設されているが、このような構成に限定されることはなく、溶解タンク13の底部21および副溶解タンク19a ，19b の底部29a ，29b の形状を、乱流促進板23と同様の凹弧面状に形成することもできる。これにより、溶解タンク13の内部11および副溶解タンク19a ，19b の内部32a ，32b にて形成される乱流泡渦24および微細気泡27が効率良く形成されるため、液体12に対する気体14の溶解比率を向上できる。
【００６４】
次に、本発明の気液混合溶解装置における他の実施の形態について図２を参照して説明する。
【００６５】
この図２に示す気液混合溶解装置10は、内部11に液体12および気体14が滞留される直列多段式の略縦長円筒形状の溶解タンク13と、この溶解タンク13の内部11に前記気体14を流入させる気体流入手段40と、この溶解タンク13の内部11に前記液体12を噴出させる液体噴出手段41とを具備している。
【００６６】
そして、前記溶解タンク13は、略中央部に流出口42が開口形成された略板状の仕切部43がこの溶解タンク13の内部11に、例えば２枚配設されており、この溶解タンク13の内部11が第１の層44、第２の層45および第３の層46を有する直列３段式に形成されている。また、この溶解タンク13は、この溶解タンク13の上方略中央部に液体流入口としての流入口20が開口形成されているとともに、この溶解タンク13の底部21の略中央部に吐出口22が開口形成されている。さらに、前記溶解タンク13は、この溶解タンク13の上方側の側方部に気体流入口47が開口形成されている。
【００６７】
また、この溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46それぞれにおける下方略中央部には、中心からこの溶解タンク13の吐出口22に向けて拡開する、すなわち中心部が上方に向けて突出した、例えば円錐状の乱流促進板23が内設されている。そして、前記第３の層46の下方に配設されている前記乱流促進板23は、前記溶解タンク13の吐出口22から流出された前記気体14にて形成される気泡が、この気泡による浮力により再び前記第３の層46に戻り、この第３の層46の気体溜まりを増加させないように構成されている。
【００６８】
さらに、前記第１の層44は、この第１の層44に流入される前記液体12および前記気体14を攪拌混合させる気液混合塔48として構成されている。また、前記第２の層45は、この第２の層45に流入される溶解液体17に残留気体18を溶解させる溶解塔13a として構成されている。そして、前記第３の層46は、この第３の層46に流入されて溶解された高濃度溶解液体35と、この第３の層にて残留している希薄残留気体36とを分離させる分離塔49として構成されている。
【００６９】
また、前記気体流入手段40は、コンプレッサ26にて加圧された前記気体14を前記溶解タンク13の気体流入口47からこの溶解タンク13の第1の層44に流入させる ように構成されている。
【００７０】
そして、前記液体噴出手段41は、ポンプ25にて加圧された前記液体12を前記溶解タンク13の流入口20からこの溶解タンク13の第1の層44に下方に向けて前記液 体12を噴出させるように構成されている。また、この液体噴出手段41は、前記溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46それぞれに滞留される前記液体12中に乱流泡渦24を発生させ、この溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46それぞれにて形成される前記気体14による気泡を微細化させ、さらに、この溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46それぞれに滞留される前記液体12の略全体に微細化された微細気泡27が発生した状態を形成し、前記気体14を前記液体12に溶解させ高濃度溶解液体35が形成されるように構成されている。
【００７１】
ここで、上記に示す気液混合溶解装置10における構成以外については、図１に示す気液混合溶解装置10と同一であるため、その説明を省略する。
【００７２】
次に、上記気液混合溶解装置における作用について説明する。
【００７３】
まず、気体流入手段40のコンプレッサ26にて気体14を加圧して溶解タンク13の気体流入口47からこの溶解タンク13の第１の層44に気体14が流入されるとともに、液体噴出手段41のポンプ25にて液体12が加圧されて溶解タンク13の流入口20からこの溶解タンク13の第１の層44に液体12が下方に向けて噴出される。
【００７４】
このとき、溶解タンク13の第１の層44では、液体12と気体14とが攪拌混合されて気液混合体15が形成され、この気液混合体15が一定量滞留される。また、溶解タンク13の第１の層44に滞留されている液体12中には、乱流泡渦24が発生して液体12中における気泡が微細化されて微細気泡27が形成され、この微細気泡27が液体12の略全体に発生した状態が形成される。この状態で、液体12に気体14が溶解されて溶解液体17が形成されるとともに、液体12に溶解されなかった気体14が残留気体18となる。
【００７５】
そして、溶解液体17および残留気体18が第１の層44の下方に配設されている仕切部43の流出口42から溶解タンク13の第２の層45に流入される。
【００７６】
このとき、この第２の層45では、溶解液体17および残留気体18が攪拌混合されて一定量滞留される。また、この第２の層45に滞留される溶解液体17中には、乱流泡渦24が発生し、気泡が微細化されて微細気泡27が形成され、この微細気泡27が溶解液体17の略全体に発生した状態が形成される。
【００７７】
この状態で、溶解液体17に残留気体18が溶解されて濃溶解液体33が形成されるとともに、溶解液体17に溶解されなかった残留気体18が希残留気体34となる。
【００７８】
次いで、濃溶解液体33および希残留気体34が第２の層45の下方に配設されている仕切部43の流出口42から溶解タンク13の第３の層46に流入される。
【００７９】
このとき、この第３の層46では、濃溶解液体33および希残留気体34が攪拌混合されて一定量滞留される。また、この第３の層46に滞留される濃溶解液体33中には、乱流泡渦24が発生し、気泡が微細化されて微細気泡27が形成され、この微細気泡27が濃溶解液体33の略全体に発生した状態が形成される。
【００８０】
この状態で、濃溶解液体33に希残留気体34が溶解されて高濃度溶解液体35が形成され、かつこの高濃度溶解液体35に溶解されなかった気体14が希薄残留気体36となる。
【００８１】
さらに、高濃度溶解液体35が第３の層46の下方に配設されている仕切部43の流出口42から流出され、さらに溶解タンク13の吐出口22から流出されて、この高濃度溶解液体35が取得される。
【００８２】
上述したように、上記実施の形態では、気体流入手段40のコンプレッサ26にて加圧された気体14を溶解タンク13の気体流入口47から第１の層44に流入させるとともに、液体噴出手段41のポンプ25にて加圧された液体12を溶解タンク13の流入口20から下方に向けて噴出させると、この溶解タンク13の吐出口22から高濃度溶解液体35が吐出されるように構成されている。このため、図１に示す気液混合溶解装置10と同様の作用効果を有する。
【００８３】
また、溶解タンク13が仕切部43にて直列多段式に形成されているため、液体12と気体14との接触面積及び接触時間がさらに十分に確保できる。よって、液体12に対する気体14の溶解比率をさらに向上できるとともに、一定量の液体12に一定量の気体14を溶解させるために必要な溶解時間を短縮できる。
【００８４】
このため、高濃度に液体12中に気体14が溶解した高濃度溶解液体35をさらに容易に製造できる。さらに、液体12に対する気体14の溶解比率をさらに向上できるため、容量の小さい小型な溶解タンク13を用いることができ、装置本体をさらに小型に成形できる。
【００８５】
なお、上記実施の形態では、溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46それぞれの下方略中央部に、円錐状の乱流促進板23が内設されているが、このような構成に限定されることはなく、仕切部43および溶解タンク13の底部21の形状を凹弧面状に形成することにより、溶解タンク13の第１の層44、第２の層45および第３の層46にて形成される乱流泡渦24の相をより長く形成することができる。このため、乱流促進板23を内設した場合に比べると、効率は良くないが、液体12に対する気体14の溶解比率を向上できる。
【００８６】
さらに、乱流促進板23が円錐状に形成されている構成について説明したが、このような構成に限定されることはなく、溶解タンク13に内設された状態で、中心からこの溶解タンク13の吐出口22に向けて拡開する形状であればどのような形状であっても、上記実施の形態と同様の効果を有する。よって、乱流促進板23は、例えば、角錐状、円錐台状、角錐台状、および、これらが段階的に拡開された形状であってもよい。
【００８７】
また、溶解タンク13の内部11には、２枚の仕切部43が配設され第１の層44、第２の層45および第３の層46を有する直列三段式に形成されているが、このような構成に限定されることはなく、少なくとも１枚以上の仕切部43が配設されて溶解タンク13の内部11が直列多段式に形成されている構成であればよい。例えば、溶解タンク13の内部11に４枚の仕切部43が配設され第１の層44、第２の層45、第３の層46、第４の層50および第５の層51を有する直列５段式に形成することもできる。そして、このように構成することにより、さらに液体12に対する気体14の溶解比率をさらに向上できる。
【００８８】
【実施例】
以下、本発明の気液混合溶解装置における実施例について図３を参照して説明する。
【００８９】
この図３に示す気液混合溶解装置10は、底部21に乱流促進板23が内設されていない直列多段式の溶解タンク13が用いられている。また、この気液混合溶解装置10は、内径寸法φ１００mmの溶解タンク13の流入口20から気液混合体15を気液混合比率１０％、すなわち、ポンプ25にて液体12（水）が２１．０l/min で噴出されるとともに、コンプレッサ26にて気体14（空気）が２．１Nl/minで流入され、かつ溶解タンク13の内部11が０．４ＭPaに加圧されるように構成されている。
【００９０】
そして、図３（ａ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法３／８Ｂ、すなわちφ１２mm程度に形成され、この溶解タンク13における溶解塔13a としての第１の層44の高さ寸法は８８０mmで、分離塔49としての第２の層45の高さ寸法は４４０mmであり、かつ第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口されている気液混合溶解装置10に、液温２５．５℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの溶解液体17中からのにおける気体14の溶解量が５４．０ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、８１．３％となる。
【００９１】
また、図３（ｂ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法３／８Ｂ、すなわちφ１２mm程度に形成され、この溶解タンク13における溶解塔13a としての第１の層44の高さ寸法は４４０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は４４０mmで、分離塔49としての第３の層46の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１２．０mmの流出口42が１つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口されている気液混合溶解装置10に、液温２５．０℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が６３．５ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９５．１％となる。
【００９２】
さらに、図３（ｃ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法３／８Ｂ、すなわちφ１２mm程度に形成され、この溶解タンク13における溶解塔13a としての第１の層44の高さ寸法は４４０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は４４０mmで、分離塔49としての第３の層46の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42がそれぞれ９つ開口されている気液混合溶解装置10に、液温２５．５℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が６１．０ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９１．９％となる。
【００９３】
そして、図３（ｄ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法１／２Ｂ、すなわちφ１６mm程度に形成され、この溶解タンク13における気液混合塔48としての第１の層44の高さ寸法は９０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は１５０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は２２０mmで、分離塔49としての第４の層50の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42がそれぞれ９つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１０．５mmの流出口42が１つ開口されている気液混合溶解装置10に、液温２２．５℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が４８．５ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、６８．９％となる。
【００９４】
さらに、図３（ｅ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法３／８Ｂ、すなわちφ１２mm程度に形成され、この溶解タンク13における溶解塔13a としての第１の層44の高さ寸法は２２０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は３２０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は４４０mmで、分離塔49としての第４の層50の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１２．０mmの流出口42がそれぞれ１つ開口され、かつ第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口されている気液混合溶解装置10に、液温２６．０℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの高濃度溶解液体35中における気体14の溶解量が６４．０ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９７．６％となる。
【００９５】
上述したように、上記実施例では、仕切部43にて溶解タンク13の内部11をより直列多段式に形成することにより、液体12に対する気体14の溶解比率を向上させることができる。また、溶解タンク13の内部11に形成されている溶解塔13a としての各層は、適度な高さ寸法を有するように設けることによって溶解比率を向上できる。
【００９６】
次に、本発明の気液混合溶解装置における他の実施例について図４を参照して説明する。
【００９７】
この図４に示す気液混合溶解装置10は、底部21に乱流促進板23が内設されている直列多段式の溶解タンク13が用いられている。また、この気液混合溶解装置10は、図３と同様に、内径寸法φ１００mmの溶解タンク13の流入口20から気液混合体15を気液混合比率１０％、すなわち、ポンプ25にて液体12（水）が２１．０l/min で噴出されるとともに、コンプレッサ26にて気体14（空気）が２．１Nl/minで流入され、かつ溶解タンク13の内部11が０．４ＭPaに加圧されるように構成されている。
【００９８】
そして、図４（ａ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法１／２Ｂ、すなわちφ１６mm程度に形成され、この溶解タンク13における気液混合塔48としての第１の層44の高さ寸法は９０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は１５０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は３２０mmで、分離塔49としての第４の層50の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口され、第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１２．０mmの流出口42が１つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間および第３の層46と第４の層50との間それぞれに乱流促進板23が配設されている気液混合溶解装置10に、液温２７．０℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が６３．５ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９８．０％となる。
【００９９】
また、図４（ｂ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法１／２Ｂ、すなわちφ１６mm程度に形成され、この溶解タンク13における気液混合塔48としての第１の層44の高さ寸法は９０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は１５０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は２２０mmで、分離塔49としての第４の層50の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口され、第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１０．５mmの流出口42が１つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間および第３の層46と第４の層50との間それぞれに乱流促進板23が配設されている気液混合溶解装置10に、液温２２．０℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が６４．０ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９０．４％となる。
【０１００】
さらに、図４（ｃ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法１／２Ｂ、すなわちφ１６mm程度に形成され、この溶解タンク13における気液混合塔48としての第１の層44の高さ寸法は９０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は２５０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は２２０mmで、分離塔49としての第４の層50の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１０．５mmの流出口42が１つ開口され、第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42が９つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間および第３の層46と第４の層50との間それぞれに乱流促進板23が配設されている気液混合溶解装置10に、液温２３．０℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの濃溶解液体33中における気体14の溶解量が６５．０ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９３．９％となる。
【０１０１】
そして、図４（ｄ）に示すように、溶解タンク13の流入口20が内径寸法１／２Ｂ、すなわちφ１６mm程度に形成され、この溶解タンク13における気液混合塔48としての第１の層44の高さ寸法は９０mmで、溶解塔13a としての第２の層45の高さ寸法は１５０mmで、溶解塔13a としての第３の層46の高さ寸法は３２０mmで、溶解塔13a としての第４の層50の高さ寸法および分離塔49としての第５の層51の高さ寸法は４４０mmであり、第１の層44と第２の層45との間に配設された仕切部43および第４の層50と第５の層51との間に配設された仕切部43に内径寸法φ４．０mmの流出口42がそれぞれ９つ開口され、第２の層45と第３の層46との間に配設された仕切部43および第３の層46と第４の層50との間に配設された仕切部43に内径寸法φ１０．５mmの流出口42がそれぞれ１つ開口され、かつ第２の層45と第３の層46との間および第３の層46と第４の層50との間それぞれに乱流促進板23が配設されている気液混合溶解装置10に、液温２６．５℃の液体12を噴出させた場合には、１．０ｌの高濃度溶解液体35中における気体14の溶解量が６５．５ml/lであった。よって、上記条件下における溶解比率は、９９．８％となる。
【０１０２】
上述したように、上記実施例では、溶解タンク13の内部11の各溶解塔13a に乱流促進板23をそれぞれ配設することにより溶解比率を向上できる。
【０１０３】
次に、本発明の気液混合溶解装置におけるさらに他の実施例について表３を参照して説明する。
【０１０４】
【表３】
0004558868.tif 000004
この実施例における気液混合溶解装置10は、溶解タンク13および２基の副溶解タンク19a ，19b それぞれに乱流促進板23が内設され、溶解タンク13の吐出口22に一方の副溶解タンク19a の副流入口30a が接続され、かつこの一方の溶解タンク19a の副吐出口31a に他方の副溶解タンク19b の副流入口30b が接続されている。また、この気液混合溶解装置10は、表３に示すように、溶解タンク13および２基の副溶解タンク19a ，19b の内部容量が３．５ｌであり、これら溶解タンク13および２基の副溶解タンク19a ，19b の内部がそれぞれ０．５min に亘り４．０気圧に加圧され、かつポンプ25にて液体12（水）が２３．０l/min で噴出されるように構成されている。
【０１０５】
そして、コンプレッサ26にて気体14（空気）が、２．３Nl/minで液温２４．５℃の液体12に流入され、気液混合比率１０％の気液混合体15が溶解タンク13の流入口20から噴出される場合には、１．０ｌの高濃度溶解液体35中からの気体14の抽出量が６２．０ml/lであった。よって、上記条件下における液体12に対する気体14の溶解比率は、９１．７％となる。
【０１０６】
また、コンプレッサ26にて気体14（空気）が、４．７Nl/minで液温２４．５℃の液体12に流入され、気液混合比率２０％の気液混合体15が溶解タンク13の流入口20から噴出される場合には、１．０ｌの高濃度溶解液体35中からの気体14の抽出量が６４．０ml/lであった。よって、上記条件下における液体12に対する気体14の溶解比率は、９４．７％となる。
【０１０７】
さらに、コンプレッサ26にて気体14（空気）が、６．９Nl/minで液温２５．０℃の液体12に流入され、気液混合比率３０％の気液混合体15が溶解タンク13の流入口20から噴出される場合には、１．０ｌの高濃度溶解液体35中からの気体14の抽出量が６３．５ml/lであった。よって、上記条件下における液体12に対する気体14の溶解比率は、９５．１％となる。
【０１０８】
上述したように、上記実施例では、液体12に対する気体14の気液混合比率を増加させることにより溶解比率を向上できる。
【０１０９】
次に、本発明の気液混合溶解装置におけるさらに他の実施例について図５を参照して説明する。
【０１１０】
【表４】
0004558868.tif 000005
まず、表４は、気液混合溶解装置10に、透明な材質にて成形された溶解タンク13が用いられており、この溶解タンク13の内径寸法および内部容量と、この溶解タンク13の流入口20から噴出される液体12（水）の流量と、この流入口20の内径寸法とを適宜に調節した際における液体12に対する気体14（空気）の飽和溶解量に対する測定溶解量値比率、すなわち溶解比率を測定したものである。
【０１１１】
また、この表４には、内部容量が３．７ｌであり、かつ径寸法が１００Ａ、すなわち内径寸法が１００mm、高さ寸法が４５０mm、または、内部容量が７．８ｌであり、かつ径寸法が１５０Ａ、すなわち内径寸法が１１０mm、高さ寸法が４５０mmである溶解タンク13の流入口20の噴出ノズル径を、それぞれ１０Ａすなわち内径１２．７mm、１５Ａすなわち内径１６．１mm、２０Ａすなわち内径２１．６mm、および２５Ａすなわち内径２７．６mmとした場合に対して、この流入口20から噴出される液体12の流量を、それぞれ２０l/min 、３０l/min 、４０l/min 、５０l/min 、６０l/min 、および７０l/min とした場合の溶解比率がそれぞれ測定されている。
【０１１２】
したがって、この気液混合溶解装置10では、溶解タンク13の内部11における液体12の滞留時間が短い場合には、この溶解タンク13の内部11にて形成される微細気泡27が激しく乱舞する攪拌混合時間が短いので、溶解比率が低下してしまう。
【０１１３】
また、溶解タンク13の内部11における液体12の滞留時間が長すぎる場合には、この溶解タンク13の内部11での液体12の流速が遅すぎるので、微細気泡27が液体12に巻き込まれて吐出口22から吐出されにくい。このため、溶解タンク13の内部11の微細気泡27は、浮力によりこの溶解タンク13の上部に気体14として滞留されてしまい、この微細気泡27が乱舞する領域が狭くなってしまう。よって、溶解比率が低下してしまう。
【０１１４】
さらに、溶解タンク13の流入口20から噴出される液体12の流量が適度に多い場合には、溶解タンク13の内部５に滞留されている液体12の水面よりさらに深い位置まで微細気泡27が噴入するので、この微細気泡27が液体12中を乱舞する領域が広くなり、溶解比率が向上する。
【０１１５】
また、溶解タンク13の流入口20から噴出される液体12の流量が適度に少ない場合には、溶解タンク13の内部11に滞留されている液体12の水面より浅い位置までしか微細気泡27が噴入しないので、この微細気泡27が液体12中を乱舞する領域が狭くなってしまい、溶解比率が低下してしまう。
【０１１６】
よって、溶解タンク13の内部11に滞留されている液体12全域で微細気泡27が激しく乱舞する状態となるように設定することによって、溶解比率を向上できる。
【０１１７】
【表５】
0004558868.tif 000006
次いで、表５は、溶解タンク13の内径寸法および内部容量と、流入口20からの液体12の流量と、この流入口20の内径寸法とを表４の場合と同様に変更し、溶解タンク13の内部11における液体12の滞留時間を測定したもの、すなわち表４から液体12の滞留時間を計算したものである。
【０１１８】
したがって、表４と表５を対比することにより、溶解比率が７０％以上となる場合における液体12の滞留時間は、５．６sec 以上、２３．４sec 以下であることが理解できる。
【０１１９】
また、液体12の滞留時間が５．６sec 以下となると、溶解比率が低下するとともに、２３．４sec 以上となった場合にも、溶解比率が低下するので、液体12の滞留時間の下限および上限は、有効数字を考慮することにより、５．０sec 以上、２４．０sec 以下となる。
【０１２０】
ここで、液体12の滞留時間が５．６sec から２３．４sec までの範囲内であっても、流入口20の噴出ノズル径が、２０Ａおよび２５Ａである場合には、溶解タンク13の内部11に噴入する際の液体12の流速が遅くなりすぎてしまうため、溶解タンク13の内部11に滞留している液体12に対する微細気泡27の乱舞領域が低下してしまい、溶解比率が低下してしまう。
【０１２１】
【表６】
0004558868.tif 000007
さらに、表６は、表４および表５の場合と同様に、溶解タンク13の内径寸法および内部容量と、流入口20からの液体12の流量と、この流入口20の内径寸法とを変更し、流入口20から噴出される液体12の噴出流速を測定したもの、すなわち表４から液体12の噴出流速を計算したものである。
【０１２２】
したがって、表４と表６とを対比することにより、溶解比率が７０％以上となる場合の流入口20における液体12の噴出流速は、内部容量３．７ｌ、径寸法１００Ａの溶解タンク13の場合で、２．５１m/s 以上、５．０１m/s 以下となるとともに、内部容量７．８ｌ、径寸法１５０Ａの溶解タンク13の場合で、２．５１m/s 以上、５．８０m/s 以下となることが理解できる。
【０１２３】
ここで、噴出流速を２．５１m/s 以下とした場合には、溶解比率が７０％以下となってしまうが、この噴出流速を２．５１m/s 以上と設定した場合であっても、表５に示す滞留時間が５．６sec 以下である場合には、溶解比率が低くなってしまう。
【０１２４】
【表７】
0004558868.tif 000008
【表８】
0004558868.tif 000009
【表９】
0004558868.tif 000010
【表１０】
0004558868.tif 000011
【表１１】
0004558868.tif 000012
【表１２】
0004558868.tif 000013
【表１３】
0004558868.tif 000014
【表１４】
0004558868.tif 000015
さらに、図５に示す気液混合溶解装置10を用いて、溶解タンク13の流入口20での圧力損失を測定した場合には、表７ないし表１４に示すように、噴出流速を高めることにより、溶解タンク13に対する流入口20の接合部における圧力損失が増加する。このため、過大に噴出流速を高めることは、液体12を噴出するポンプ25の動力が過大になるおそれがあるので、噴出流速を必要最小限に留めて設定する必要がある。
【０１２５】
よって、液体12の噴出流速が２．５１m/s 以下となった場合には、溶解比率が７０％以下となるので、液体12の適正滞留時間、および、有効数字を考慮すると、液体12の適正噴出流速は、液体12の滞留時間が５．０sec 以上、２４．０sec 以下である場合において、２．０m/s 以上となる。
【０１２６】
さらに、内部容量が３．７ｌであり、かつ径寸法１００Ａ、高さ寸法４５０mmの溶解タンク13は、内径寸法×４．５倍の高さ寸法を有するとともに、内部容量が７．８ｌであり、かつ径寸法１５０Ａ、高さ寸法が４５０mmである溶解タンク13は、内径寸法×４．１倍の高さ寸法を有する。
【０１２７】
このため、溶解タンク13の内部11に滞留された液体12中での微細気泡27の激しい攪拌乱流状態を長時間確保することにより、溶解比率を向上できる。よって、溶解タンク13の高さ寸法は、この溶解タンク13の内部容量、すなわちこの溶解タンク13の内部11における液体12および気体14の滞留時間と相関関係があるので、この溶解タンク13の高さ寸法は、この溶解タンク13の製作コスト、および有効数字等を考慮して、内径寸法の３倍以上、５倍以下の高さ寸法を範囲とし、溶解タンク13の内部11の液体12の滞留時間を勘案して設定される。
【０１２８】
【発明の効果】
請求項１記載の気液混合溶解装置によれば、溶解タンクの内部に滞留される液体の略全体に微細気泡が発生した状態が形成されるため、液体と気体との接触面積及び接触時間が十分に確保でき液体に対する気体の溶解比率を向上できるとともに、液体に対する気体の溶解時間を短縮できるので、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体が製造でき、さらには、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができるので、装置本体を小型化できる。
【０１２９】
さらに、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する溶解タンクの流入口から下方に向けて、前記溶解タンクの内部に噴出される前記気液混合体中の液体の噴出流速を約２．０m/s 以上とし、この溶解タンクの内部における液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下と設定することにより、溶解タンクの内部に滞留される液体中に気体が溶解する際の溶解比率を向上できるとともに、一定量の液体中に一定量の気体が溶解するために必要な溶解時間を短縮できるので、高濃度に液体中に気体が溶解された溶解液体を容易に製造できる。
【０１３０】
請求項２記載の気液混合溶解装置によれば、溶解タンクの内部に滞留される液体の略全体に、液体流入手段により流入された気体による微細気泡が発生した状態が形成されるので、液体と気体との接触面積及び接触時間が十分に確保でき液体に対する気体の溶解比率を向上できるとともに、液体に対する気体の溶解時間を短縮できるため、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体が容易に製造でき、さらには、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができるため、装置本体を小型化できる。
【０１３１】
さらに、内径寸法の２倍以上５倍以下の高さ寸法を有する溶解タンクの液体流入口から下方に向けて、液体を２．０m/s 以上の噴出流速で噴出させ、この溶解タンクの内部における液体の滞留時間を５．０sec 以上、２４．０sec 以下と設定することにより、溶解タンクの内部に滞留される液体中に気体が溶解する際の溶解比率を向上できるとともに、一定量の液体中に一定量の気体が溶解するために必要な溶解時間を短縮できるので、高濃度に液体中に気体が溶解された溶解液体を容易に製造できる。
【０１３２】
請求項３記載の気液混合溶解装置によれば、請求項１または２記載の気液混合溶解装置の効果に加え、溶解タンクを仕切部にて直列多段式に形成することにより、液体と気体との接触面積及び接触時間をさらに十分に確保できるので、液体に対する気体の溶解比率をさらに向上できるとともに、液体に気体を一定量溶解させるために必要な溶解時間を短縮でき、高濃度に液体中に気体が溶解した溶解液体をさらに容易に製造でき、また、液体に対する気体の溶解比率をさらに向上できるので、容量の小さい小型な溶解タンクを用いることができ、装置本体を小型に成形できる。
【０１３３】
請求項４記載の気液混合溶解装置によれば、請求項１ないし３いずれかに記載の気液混合溶解装置の効果に加え、乱流促進板を溶解タンクの底部の略中央部に内設することにより、溶解タンクの内部における液体中の微細気泡の攪拌作用を向上できるので、溶解タンクの内部における液体に対する気体の溶解比率をさらに向上できるとともに、溶解タンクの内部における液体に、気体が一定量溶解するために必要な溶解時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の気液混合溶解装置における実施の一形態を示す一部を切り欠いた説明図である。
【図２】  本発明の気液混合溶解装置における他の実施の形態を示す一部を切り欠いた説明図である。
【図３】  同上気液混合溶解装置の溶解タンクに乱流促進板を内設しない場合における実施例を示す説明図である。
（ａ）分離塔を有する直列二段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｂ）分離塔を有する直列三段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｃ）分離塔を有する直列三段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｄ）気液混合塔および分離塔を有する直列四段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｅ）分離塔を有する直列四段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
【図４】  同上気液混合溶解装置の溶解タンクに乱流促進板を内設した場合における実施例を示す平説明図である。
（ａ）気液混合塔および分離塔を有する直列四段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｂ）気液混合塔および分離塔を有する直列四段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｃ）気液混合塔および分離塔を有する直列四段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
（ｄ）気液混合塔および分離塔を有する直列五段式の溶解タンクにおける実施例を示す説明図
【図５】  本発明の気液混合溶解装置におけるさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図６】  従来の気液混合溶解装置を示す説明図である。
【図７】  従来の他の気液混合溶解装置を示す説明図である。
【符号の説明】
10    気液混合溶解装置
11    内部
12    液体
13    溶解タンク
14    気体
15    気液混合体
16    噴出手段
20    流入口としての液体流入口
21    溶解タンク13の底部
22    吐出口
23    乱流促進板
24    乱流泡渦
25    ポンプ
27    微細気泡
40    気体流入手段
41    液体噴出手段
42    流出口
43    仕切部
47    気体流入口
【図１】
0004558868.tif 000016
【図２】
0004558868.tif 000017
【図３】
0004558868.tif 000018
【図４】
0004558868.tif 000019
【図５】
0004558868.tif 000020
【図６】
0004558868.tif 000021
【図７】
0004558868.tif 000022