(57)【要約】【課題】  装置に投入した機械的エネルギーを回収することによりエネルギー損失を抑制して、気体の溶解濃度の大きい、例えば水などの有用な液体を製造するための省エネルギー化された気体溶解装置を提供する。【解決手段】  通路内を流動する液体に気体を注入する気体注入部１０と、この気体注入部１０の下流側に配置され、液体に気体を注入した気液混合液に圧力を印加して気体の液体中への溶解を促進する加圧部１４と、加圧部１４に対して加えられた力学的エネルギーの一部を回収しながら気体を溶解させた気体溶解液の圧力を減少させる減圧部１６を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通路内を流動する液体に気体を注入する気体注入部と、
この気体注入部の下流側に配置され、前記液体に気体を注入した気液混合液に圧力を印加して気体の液体中への溶解を促進する加圧部と、
前記加圧部に対して加えられた力学的エネルギーの一部を回収しながら前記気体を溶解させた気体溶解液の圧力を減少させる減圧部を有することを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
前記加圧部の前記気液混合液に圧力を印加する通路における前記気液混合液の該通路に対する流速は、１ｍ/sec以上である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】
前記加圧部及び前記減圧部として、ターボ形回転機械を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項４】
前記加圧部に用いるターボ形回転機械は、インペラを備えたポンプであり、前記減圧部に用いるターボ形回転機械は、ランナを備えた水車であることを特徴とする請求項３に記載の気体溶解装置。
【請求項５】
前記インペラと前記ランナは主板を共有し、インペラの吸込側とランナの吐出側とが前記主板の軸心方向に対して互いに反対向きに形成され、前記ポンプと前記水車のケーシングが一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の気体溶解装置。
【請求項６】
前記ポンプの流体出口と前記水車の流体入口とを外部通路を介して互いに連通させたことを特徴とする請求項４または５に記載の気体溶解装置。
【請求項７】
前記外部通路は、その一部に、断面積を拡大した断面積拡大部を有することを特徴とする請求項６に記載の気体溶解装置。
【請求項８】
前記ポンプのインペラ外周よりも下流側の流体通路と前記水車のランナ外周よりも上流側の流体通路とを仕切り板で仕切ったことを特徴とする請求項６または７に記載の気体溶解装置。
【請求項９】
前記加圧部及び前記減圧部として、回転に伴って内部の流体に発生する遠心力を利用して該流体の加圧及び減圧を行う回転通路を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項１０】
前記回転通路の回転軸心から半径方向に沿って最も遠い部位を含む一部の断面積を、他の通路の断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項９に記載の気体溶解装置。
【請求項１１】
前記回転通路と該回転通路の上流及び下流にある静止通路との間をシールしたことを特徴とする請求項９または１０に記載の気体溶解装置。
【請求項１２】
前記加圧部及び前記減圧部として、容積形回転機械を用いることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
【請求項１３】
前記加圧部として用いる容積形回転機械は、スクリュー式、ルーツ式、歯車式、ベーン式またはスクロール式のポンプのいずれかであり、前記減圧部として用いる容積形回転機械は、スクリュー式、ルーツ式、歯車式、またはベーン式のいずれかの構造を備え、該減圧部として用いる容積形回転機械の入口から高圧流体を流入させ該回転機械で前記高圧流体の圧力を低下させて前記高圧流体から機械的エネルギーを回収し低圧流体として出口から流出させるように構成された容積形回転機械であることを特徴とする請求項１２に記載の気体溶解装置。
【請求項１４】
前記加圧部として用いるポンプの流体出口と前記減圧部として用いる前記容積形回転機械の流体入口とを外部通路により互いに連通させたことを特徴とする請求項１３に記載の気体溶解装置。
【請求項１５】
前記外部通路は、その一部に、断面積を拡大した断面積拡大部を有することを特徴とする請求項１４に記載の気体溶解装置。
【請求項１６】
前記加圧部として用いるポンプの流体出口よりも下流側の流体通路と前記減圧部として用いる容積形回転機械の流体入口の上流側の流体通路を仕切り板で仕切ったことを特徴とする請求項１４または１５に記載の気体溶解装置。
【請求項１７】
前記加圧部としてターボ形回転機械を、前記減圧部として容積形回転機械をそれぞれ用いるか、または前記加圧部として容積形回転機械を、前記減圧部としてターボ形回転機械をそれぞれ用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解装置。
【請求項１８】
前記気体注入部の下流側に位置する流体通路に、液体中の気泡を微細化する気泡微細化部を更に有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の気体溶解装置。
【請求項１９】
前記気体注入部よりも上流側の液体中に現に溶解している気体の質量流量を測定するセンサと、該センサの測定値に基づいて前記気体注入部から注入する気体注入量を制御する制御部とを更に有する気体溶解装置であって、前記気体注入量は、前記加圧部で加圧された後の気液混合液において液体の気体溶解濃度がその温度及び圧力における液体の注入気体に対する溶解度に対して５０％以上８０％以下の範囲に入るように制御されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに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、水等の液体に空気等の気体を溶解させて、単位質量当りについて所望の気体の溶解濃度を増加させた液体を製造する気体溶解装置に関する。本発明の気体溶解装置は、例えば、使用環境下において過飽和状態に気体を溶解させた液体を、河川、湖沼または養殖用水槽等に供給することにより、水中の溶存酸素量を高めて水質を改善し、種々の有用な生物が繁殖しやすくしたり、オゾンの溶解度を高めたオゾン水など、医療等に用いるために有益な気体を液体中に溶解させた液体を製造したりするのに用いられる。なお本発明において溶解濃度とは、ある物質(溶質)が他の物質(溶媒)に実際に溶解している溶液中における溶質の濃度のことを言う。これは溶解度という用語の意味が“溶質が溶媒に溶解する限度を言い、飽和溶液中における溶質の濃度で表わされる”ことと、区別するためである。
【背景技術】
【０００２】
液体の酸素等の気体溶解濃度を増加させるための装置として、例えば、流体をポンプで供給して加圧するとともに、気体を液体に混入して溶解させた後に、吐出しノズルに設けたメッシュや多孔板によって、液体を急激に減圧させて微細気泡を発生させるようにしたものが知られている（特許文献１，２等参照）。これらは、最終的に微細気泡が混在する液体を得るために、予め気体の液体中での溶解濃度を高めておくという技術であって、例えばエジェクタなどを用いて気体を微細化して液体中に取り込んだ後、高圧に保たれた気体溶解タンクなどを用いて液体中に気体を溶解させるようにしている。
【０００３】
また、流体をポンプで供給して旋回流を作り、液体が流れている途中で気体を混入し、旋回流の中心で気体を剪断して、微細な気泡を発生させるようにしたものも提案されている（特許文献３，４等参照）。これらは、微細気泡が混在する液体を得るために、液体の旋回流により気体を剪断して微細気泡化するという技術である。この方法によれば、直接的に微細気泡が混在した液体を得ることができる。
【０００４】
これらの技術は、いずれも気体の溶解濃度を高めた液体を得たり、微細気泡が混在する液体を得たりするための技術であって、液体中の気体溶解濃度を増加させるための装置においてその省エネルギー化を図った技術ではない。
【０００５】
一方、例えば酸素を大量に溶解した水を効率よく、即ち相対的に少ない投入エネルギーにより生成することができれば、河川や湖沼の水質改善が一層実施し易くなり、環境改善を図ることができる。このような効果を奏する為には、必ずしも酸素を気泡として供給する必要はなく、水中での酸素の溶解濃度（溶存酸素量）を高めればよい。従来、このような有用な気体を対象として、必ずしも気泡発生に至ることを要件とすることなく、専らそれら気体の液体中への溶解濃度を増大することを目的とした装置について十分な開発が成されているとは言えず、従って、そのような気体溶解装置の省エネルギー化について開示している文献も極めて少ない。
【０００６】
なお、膜分離装置等において、エネルギー回収、即ち動力回収を図ったものとして、ポンプと水車を直結してエネルギーを回収することが開示されている（特許文献５等参照）。
【特許文献１】特開２００２−８６０１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６５９３８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ００／６９５５０号
【特許文献４】特開２００３−１８１２５８号公報
【特許文献５】特開平８−２９４６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に示されるような装置は、液体と気体を加圧して気体を液体に溶解させた後に、液体の吐出し部に設けたメッシュや多孔板によって、液体を急激に減圧させて微細な気泡を発生させている。このため、液体吐出し部で非常に大きな損失が発生している。また、特許文献３，４に示されるような装置は、液体を旋回させ、その中心で気体を剪断して、気体を微細な気泡にして微細気泡を発生させている。このような装置では、液体の旋回流を作るために液体を昇圧し、流体の吐出し口で液体の持っている旋回流のエネルギーを全て捨てるため、非常に大きな損失が発生している。
【０００８】
上記のように、最終的に気泡、特に微細気泡を発生させる装置は、従来、主として微細気泡を発生する段階においてエネルギー損失が大きく、換言すれば、気泡を生成するために投入されるエネルギーを回収することができず、このため、省エネルギー化が困難であった。他方、前述のように、必ずしも気泡発生を伴うことなく、例えば酸素等の有用な気体の液体中での溶解濃度を高めるだけでよい場合もある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、装置に投入した機械的エネルギーを回収することによりエネルギー損失を抑制して、気体の溶解濃度の大きい、例えば水などの有用な液体を製造するための省エネルギー化された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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の気体溶解装置は、通路内を流動する液体に気体を注入する気体注入部と、この気体注入部の下流側に配置され、前記液体に気体を注入した気液混合液に圧力を印加して気体の液体中への溶解を促進する加圧部と、前記加圧部に対して加えられた力学的エネルギーの一部を回収しながら前記気体を溶解させた気体溶解液の圧力を減少させる減圧部を有する。なお本発明において気液混合液とは、液体に気体が気泡として(気相の状態で)混入している流体を言い、気体混合流体と言い換えることもできる。
【００１１】
気体が液体に溶解する速度は、液体の気体に対する溶解度（本発明においては飽和溶解濃度と言ってもよい）と、気液界面から離れた液体中に現に溶解している気体の溶解濃度との差に比例する。気液界面の液体は、溶解度まで気体を溶解しており、液体に溶解する気体の溶解度は、気体の圧力に比例して増加する。このため、気体が液体に溶解する速度は、気体の圧力が高いほど速くなる。このように、液体中の気体の溶解濃度は、一つ目には溶解度と気液界面から離れた位置にある液体中に現に溶解している気体の溶解濃度との差に、二つ目には気体の圧力に、比例的に増加する。従って、気体の液体に対する溶解濃度を増加させるためには、気体が混入している液体の圧力を上げる必要がある。
【００１２】
本発明では、通路内を流動する液体に、先ず気体注入部から気体を注入し、気体を気泡として含む気液混合液の圧力を加圧部で高圧に昇圧させて気体を液体に溶解しやすくし、高圧中で気体を液体に溶解させた後に、気体が溶解した気体溶解液の圧力を減圧部で降下させて気体溶解液を減圧部から外部に吐出す。この時に、加圧部に対して加えられた力学的エネルギーの一部を減圧部で回収する。
【００１３】
加圧部としては、例えば、ターボ形回転機械、容積形回転機械及び回転通路を使用することができる。加圧部のターボ形回転機械として、例えばポンプを用いる場合は、気体が気泡として（即ち、気相状態で）含まれた液体を、インペラの中心軸近傍から、該インペラの外周端に導くことにより、気体を含む液体の圧力を昇圧させ、気体を液体に溶解しやすくする。また、ターボ形回転機械として、渦流ポンプを用いることもできる。加圧部として、容積形回転機械を用いる場合は、スクリュー式、ルーツ式、歯車式、ベーン式、またはスクロール式のポンプのいずれかを用いて気体を含む液体の圧力を昇圧させることで、気体を液体に溶解しやすくする。
【００１４】
従来の微細気泡発生装置は、気体が溶解した後の液体を装置の外部に吐出す際、微細気泡を発生させるために、多孔板、網または旋回流等を用いていた。このため、気体が溶解した液体を外部に吐出す際の減圧部で大きな損失が発生していた。
【００１５】
本発明では、気体が溶解した気体溶解液を、気体溶解装置内に設けた減圧部を通過させて外部に吐出すように構成し、加圧部に加えられた力学的エネルギーを減圧部で回収するようにしている。なお、液体に溶解した気体は、液体と気体の分子の境界にζ電位が発生するため、気体分子の群同士が電気的に反発して合体しづらくなる。このため、局所的な圧力低下がない限り、気体溶解装置の外部に吐出されるまで気泡として、即ち気相状態として現れにくくなる。このようにして、有用な気体を多く溶解した、即ち溶解量として気体を大きく含有した液体（気体溶解濃度の高い液体）を少ない投入エネルギーで製造することができる。また本発明の気体溶解装置は、意図して気泡を発生させるものではないから、従来例において生じていたような損失を発生することはない。
【００１６】
減圧部としては、加圧部と同様に、例えば、ターボ形回転機械、容積形回転機械及び回転通路を使用することができる。減圧部としてターボ形回転機械、例えば水車を用いる場合は、ランナの外周端から中心軸近傍に気体が溶解した気体溶解液を導いて、即ちターボ形加圧装置の場合とは逆の向きに気体溶解液を導いて、気体溶解液の圧力を低下させる。この時に、水車によって、従来は回収されることのなかった高圧液体（気体溶解液）が持っているエネルギーを回収する。
【００１７】
減圧部として容積形回転機械を用いる場合は、ターボ形回転機械と同じように、容積形加圧装置の場合とは逆の向きに気体溶解液を導いて、気体溶解液の圧力を低下させ、この時に、容積形回転機械により従来は回収されることのなかった高圧液体が持っているエネルギーを回収する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大幅な省エネルギー化を図りつつ、気体を溶解した液体を使用する環境下において、過飽和状態である液体を製造することができる。また本装置によれば、製造された液体中での気泡発生を要件としないから、従来の微細気泡発生装置のように気泡化のためのエネルギーの損失もない。従って、エネルギーの有効利用にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。この例は、加圧部及び減圧部として、共にターボ形回転機械、つまり加圧部としてポンプを、減圧部として水車をそれぞれ用いている。図１に示すように、この気体溶解装置は、通路内を流れる水等の液体に空気等の気体を注入する気体注入部１０を備えた吸込み管１２と、この吸込み管１２に接続され、液体に気体を注入した気液混合液（気液混合流体）を加圧して気体の液体中への溶解を促進する加圧部としてのポンプ１４と、気体が溶解した気体溶解液を減圧させて外部に吐出す減圧部としての水車１６を有している。
【００２０】
気体注入部１０は、気体供給源１８から例えば配管等によって連絡されている。図１は当該配管に気体供給量を調節する気体流量調節バルブ２１を有する例を示している。また気体注入部１０の上流には、液体中に既に溶解している気体の質量流量を測定するセンサ２０が設けられている（気体の質量流量を測定するセンサ２０の取り付け位置は、気体注入部１０の近傍の上流が好ましいが、必ずしもこの位置に限られるものではない）。そして、このセンサ２０からの出力は制御部２２に入力され、この制御部２２からの出力が気体供給源１８に備えられた、図示しない気体の供給量調節手段または気体流量調節バルブ２１に入力されて、気体注入部１０から吸込み管１２の内部を流れる液体に注入される気体の流量が所望の値となるように調節される。ここで所望の値とは、加圧後の気体溶解液の温度及び圧力における該気体溶解液の気体に対する溶解度の５０〜８０％に相当する溶解濃度となるような値のことである。液体に注入される気体の流量が前記のような構成により、前記の値の範囲内に制御される。なお前述した加圧後の気体溶解液の温度及び圧力は、例えばタンク４４に温度センサや圧力センサを設置してそれらの値（信号）を取得できるし、またそれらの信号を制御部２２に伝送して溶解度を演算できることなどは言うまでもない。
【００２１】
ポンプ１４は、ケーシング２４内に配置されたインペラ２６を有し、水車１６は、ケーシング２４内に配置されたランナ２８を有している。このインペラ２６とランナ２８は、主板３０を共有している。つまり、主板３０の一方の面に羽根３２を設けてインペラ２６が構成され、主板３０の他方の面に羽根３４を設けてランナ２８が構成されている。そして、主板３０は、水車１６側から延びる回転自在な主軸３６の先端に連結され、インペラ２６の吸込み側とランナ２８の吐出し側が主板３０の軸心方向に対して互いに反対向きとなるように、ケーシング２４内の所定の位置に配置されている。更に、主板３０の外周端面と該外周端面が対面するケーシング２４との間には、ポンプ１４のインペラ２６の外周よりも下流側の流体通路と、水車１６のランナ２８の外周よりも上流側の流体通路とを仕切る仕切り板（ライナリング）３８が設けられている。
【００２２】
吸込み管１２とケーシング２４との連結部であるポンプ１４の吸込み口には、液体に気体を注入した気液混合液中の気泡を微細化する、例えばメッシュ、多孔板または障害物からなる気泡微細化部４０が配置されている。ポンプ１４の流体出口と水車１６の流体入口は、外部通路４２を介して互いに連通されており、この外部通路４２の一部には、断面積を拡大した断面積拡大部（タンク）４４が設けられている。
更に、ケーシング２４と主軸３６との間はシール材４６でシールされ、ケーシング２４の水車１６側の端部には、気体溶解液吐出し口４８が設けられている。
【００２３】
これにより、主軸３６の回転に伴って、主板３０を共有するポンプ１４のインペラ２６と水車１６のランナ２８が回転する。このポンプ１４のインペラ２６の回転に伴って、吸込み管１２内を流れ、気体注入部１０から気体を注入した液体（気液混合液）がポンプ１４の内部に吸込まれ、インペラ２６で昇圧されてポンプ１４から吐出される。このように、気液混合液が昇圧されることで、気液混合液中の気体の液体中への溶解が促進される。加圧された気液混合液は、ポンプ１４を出て外部通路４２の断面積拡大部４４内に流入し、この断面積拡大部４４内に所定時間滞留する。これによって、気液混合液中の気体が液体中に溶解する。
【００２４】
この気体が液体中に溶解した気体溶解液は、水車１６のランナ２８の回転に伴って、外部通路４２から水車１６の内部に吸込まれ、ランナ２８で減圧されて、ケーシング２４の気体溶解液吐出し口４８から外部に吐出される。気体溶解液吐出し口４８から外部に吐出された気体溶解液は、例えば過飽和状態に気体を溶解させた液体として使用される。
【００２５】
ここで、主板３０の外周端面と該外周端面が対面するケーシング２４との間に、仕切り板（ライナリング）３８を設けることで、ポンプ１４側から水車１６側への流体の漏れを事実上無くすることができる。
【００２６】
この例によれば、大幅な省エネルギー化を図りつつ、気体を溶解した液体を使用する環境下において、過飽和状態である液体を製造することができる。しかも、製造された液体中での気泡発生を要件としないから、従来の微細気泡発生装置のように気泡化のためのエネルギーの損失もなく、従って、エネルギーの有効利用にも寄与できる。以下、この原理について説明する。
【００２７】
ポンプ（加圧部）１４のインペラ２６（または水車（減圧部）１６のランナ２８）において、ポンプ１４（または水車１６）に入る流体の単位質量当りの角運動量をＩ１、ポンプ１４（または水車１６）から出る流体の単位質量当りの角運動量をＩ２とし、インペラ２６（またはランナ２８）の回転角速度をωとすると、流体中の角運動量の変化とインペラ２６（またはランナ２８）が必要な動力Ｌ、及び理論揚程Ｈｔｈの関係から、式（１）が成り立つ。
【数１】
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【００２８】
ここに、ρｆは流体の密度、Ｑは流体の流量、Ｕ１及びＵ２はそれぞれインペラ２６（またはランナ２８）の入口及び外周端の周速度、Ｃｕ１及びＣｕ２はそれぞれインペラ２６（またはランナ２８）の入口及び外周端を通過する流体の周方向速度、ｇは重力加速度である。
【００２９】
式（１）において、回転体（インペラ２６またはランナ２８）が必要な動力Ｌが正の場合は、回転体に動力が与えられ、流体に角運動量が与えられて流体が加圧される。回転体が必要な動力Ｌが負の場合は、流体が回転体に角運動量を与え、動力が回収されて流体が減圧される。即ち、ポンプ（加圧部）１４のインペラ２６で流体に与えられた角運動量が、流体から角運動量として水車（減圧部）１６のランナ２８に返還される。これは、言い換えれば、ポンプ（加圧部）１４において流体に対して与えられたエネルギーが、流体から水車（減圧部）１６に返還されるということであり、これにより、動力が回収される。
【００３０】
この例では、ポンプ１４のインペラ２６における羽根３２の入口端から羽根３２の出口端の間に形成される流体通路における流体の該流体通路に対する流速が１ｍ/sec以上となるようしている。以下、これを説明する。
【００３１】
ターボ形回転機械においては、インペラ等の構造物により液体が回転して、半径方向に大きな圧力勾配が発生する。インペラにより、その半径方向の速度成分を持ちつつ回転している液体中に気泡がある場合、気泡には回転の中心方向に浮力が作用する。気泡を球形と仮定して、気泡の半径をＲ、気泡の抗力係数をＣｄ、液体の密度をρｆ、液体の絶対圧力をｐ、インペラの回転中心を中心とした時の半径方向の位置座標をｒ、気泡が浮力により回転の中心に向かって進む時のインペラ半径方向の分速度であって、液体の持つ速度のうち半径方向外側に向かう分速度に対する相対速度をＵｂとすると、気泡を回転の中心方向に進ませようとする浮力と、それを妨げる抗力との釣合は、式（２）で表される。なお式（２）の右辺は浮力を、左辺は抗力をそれぞれ示している。また気泡を構成する気体の密度は実質的に問題とならないから、式（２）では無視している。
【数２】
2007083109.tif 000004
【００３２】
いま、一例として、液体がインペラと同じ回転速度で回転する場合、液体の回転角速度をω、回転中心の絶対静圧をｐ０とすると、液体の半径方向の圧力勾配は式（３）で、圧力は式（４）で表される。
【数３】
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【数４】
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【００３３】
気泡の体積は、温度を一定とすると圧力に反比例するため、気泡が回転中心から半径方向に進む時の気泡半径の変化は式（５）で表される。ここでＲ０は加圧部上流における気泡の半径である。
【数５】
2007083109.tif 000007
【００３４】
従って、式（２）〜式（５）より、浮力に起因して気泡が回転の中心に向かって進む時のインペラ半径方向の分速度であって、液体の持つ速度のうち半径方向外側に向かう分速度に対する相対速度をＵｂとすると、相対速度Ｕｂは式（６）で表される。
【数６】
2007083109.tif 000008
なお、回転速度をＮrpmとすると、回転角速度はω＝２πＮ/６０である。
【００３５】
液体の動粘性係数をνとすると、気泡のレイノルズ数Ｒｅ＝２ＲＵｂ/νが大きい時、抗力係数Ｃｄは約８/３になる。ここで液体が水の場合の例であって、流体の加圧部がインペラを備えたターボ形ポンプである場合について以下に示す。液体の密度ρｆは約1000kg/ｍ３で、動粘性係数νは、例えば水温を２０℃とすると、約１×10−６ｍ２/secである。インペラの回転速度を通常よく用いられる回転速度Ｎ＝1500rpm及びＮ＝3000rpmとし、インペラの入口部の回転中心における絶対静圧ｐ０をほぼ大気圧である０．１ＭＰａとした時の回転流路内、例えばインペラの翼板と主板と側板等で形成された流路内の絶対静圧の一例を図２に示す。
【００３６】
ここで、例えば気体溶解に用いる絶対静圧が実用上好適な値である０．５ＭＰａ程度である場合について述べると、インペラの回転速度をこれも実用的な値に極めて近いＮ＝1500rpmあるいはＮ＝3000rpmとした時に、絶対静圧が０．５ＭＰａになるインペラ半径の位置は、図２に示すように、この例においては、回転速度がＮ＝1500rpmの時は半径が０．１８ｍで、回転速度がＮ＝3000rpmの時は半径が０．０９ｍになる。
【００３７】
更に、インペラ入口の回転中心部において、半径Ｒ０が０．５ｍｍ及び１ｍｍの気泡がそれぞれインペラ入口の回転中心からインペラに形成された前記回転流路に沿って進む時の気泡の相対速度であって、液体の速度に対する気泡相対速度Ｕｂを図３に示す。換言すれば、この気泡相対速度Ｕｂは、気泡が前記浮力により回転の中心に向かって進む時のインペラ半径方向の分速度であって、液体の持つ速度のうち半径方向外側に向かう分速度に対する相対速度である。図３上の相対速度のグラフには、インペラの回転速度をＮ＝1500rpmあるいはＮ＝3000rpmとした時に、液体の絶対静圧が０.５ＭＰａになるインペラの半径の位置を線で示す。インペラの回転速度がＮ＝1500rpmで、半径が０．５ｍｍの気泡の場合、液体に対して気泡が回転の中心方向に進む気泡相対速度Ｕｂは、インペラ半径が０.１８ｍにおいて約１．１ｍ/secになり、回転通路の回転速度がＮ＝3000rpmで、半径が１ｍｍの気泡の場合、液体に対して気泡が回転の中心方向に進む気泡相対速度Ｕｂは、インペラ半径が０.０９ｍにおいて約２．３ｍ/secになる。なお、ここで液体の速度とは、インペラという構造物に対する速度である。
【００３８】
気泡の圧力が低いと気泡内の気体は液体中に溶解しにくくなる。もし気泡が浮力のためにインペラの外周端まで到達し難い場合は、気泡が相対的に絶対圧力の低い場所である例えばインペラの中央部、即ちインペラの半径方向での距離が短い範囲に滞在する時間が相対的に長くなることを意味するから、気泡の圧力がなかなか上がらないことになる。このため、気泡内の気体が液体に溶解するために必要な時間が非常に長くなる。また流路における気泡のこのような滞留は液体のスムーズな流れを阻害する原因ともなりえるから、このような事態を招来しないようにする必要がある。
【００３９】
気泡がインペラの中心から外周端に到るためには、インペラにおける液体の流速のインペラ半径方向外向きの分速度を、気泡の浮力に起因する液体に対する相対速度であってインペラ半径方向内向きの分速度よりも大きくする必要がある。従って、インペラ流路内を液体が通過する速度は、この例の場合、約１ｍ/sec以上にする必要がある。
【００４０】
上記により、ターボ形回転機械を用いた加圧部においては、昇圧させるための流路中の液体の流速に下限値が存在することを示した。加圧部として、下記のように、加圧部に回転通路を用いる場合、インペラと昇圧方法が原理的に同じであるため、上記と同じ現象が発生する。そのため、回転通路内を液体が通過する速度は、約１ｍ/sec以上にする必要がある。
一方、加圧部に容積形回転機械を用いた場合は、気体を含む液体をある間隔で分断して昇圧させるため、気体が一箇所に集合して停滞することがなくなり、液体の流速には関係しない。
【００４１】
次に、吸込み管１２とケーシング２４との連結部であるポンプ１４の吸込み口に、液体に気体を注入した気液混合液中の気泡を微細化する、例えばメッシュ、多孔板または障害物からなる気泡微細化部４０が配置した理由について説明する。
先ず、液体中に気泡が溶解するためには相当の時間を要することを、一つの例を用いて説明する。
【００４２】
地球上の重力場中に静止した液体中にある気泡の運動は、気泡に作用する浮力と抗力の釣合で決まる。気泡を球形と仮定して、気泡の半径をＲ、気泡の抗力係数をＣｄ、液体の密度をρｆ、気泡の液体に対する上昇速度をＵｂ、重力加速度をｇとすると、式（７）の関係が成り立つ。
【数７】
2007083109.tif 000009
【００４３】
気泡のレイノルズ数Ｒｅ＝２ＲＵｂ/νが小さく、気液界面が滑らない場合の抗力係数Ｃｄは、式（８）の関係がある。
【数８】
2007083109.tif 000010
従って、式（７）と式（８）から式（９）が成り立ち、気泡径が決まれば、静止液体中の気泡の液体に対する上昇速度Ｕｂが決まる。
【数９】
2007083109.tif 000011
【００４４】
気泡中の気体が液体に溶解する際の液相基準の総括物質移動係数をα、液体中の気体の拡散係数をＤとすると、気液界面が滑らない場合は、シャーウッド数Ｓｈ（＝２Ｒα/Ｄ）とペクレ数Ｐｅ（＝２ＲＵｂ/Ｄ）の関係は式（１０）となる。
【数１０】
2007083109.tif 000012
気体のボイド率がθで、気泡が全て同じ径である場合、単位体積当りの液体中に溶解する気体の量である液相基準の総括物質移動容量係数Ａは式（１１）となる。
【数１１】
2007083109.tif 000013
【００４５】
一例として、液体が水で気体が酸素の場合、水の動粘性係数ν＝1.01×10−６ｍ２/sec、重力加速度ｇ＝9.806ｍ/sec２、水中の酸素の拡散係数Ｄ＝2.06×10９ｍ２/secである。気体のボイド率θ＝０．０１とすると、気泡半径Ｒと液相基準の総括物質移動容量係数Ａの関係は、図４に示すようになる。近似的に、液相基準の総括物質移動容量係数Ａがそのまま維持されるとし、酸素の密度をρｏ２、水中の酸素の溶解度をＣｏ２，ｓａｔとすると、水に酸素が全く溶解していない状態から始めて、酸素の気泡が完全に水に溶解する時間ｔは、式（１２）で表される。
【数１２】
2007083109.tif 000014
【００４６】
例えば、圧力が大気圧で温度が２０℃の場合、酸素の密度ρｏ２＝1.3296kg/ｍ３、水中の酸素の溶解度Ｃｏ２，ｓａｔ＝0.009267kg/ｍ３であるため、水に酸素が全く溶解していない状態から始めて酸素の気泡が完全に水に溶解する時間は、ボイド率θ＝０．０１で、気泡半径が０．５ｍｍの場合は２０９秒、気泡半径が１ｍｍの場合は４９２秒、気泡半径が２ｍｍの場合は１１７６秒となる。このように、溶解に非常に長い時間がかかることになる。
【００４７】
ターボ形回転機械を用いた加圧部や回転通路を用いた加圧部の場合、それらの上流に注入する気体の気泡が大きいと、気体が液体に溶解するために必要な時間が長くなる。そのため、加圧部の上流部に、注入した気体の気泡の径を小さくするためのメッシュや多孔板を設けることが望ましい。メッシュや多孔板により微細化された後であって、流体の加圧部の上流における気泡の直径は、液体が水の場合には０．５〜３ｍｍが好ましく、１〜２ｍｍが更に好ましい。気泡の直径はできるだけ小さい方が、溶解時間が短くなる点で好ましいが、気泡の微細化をすること自体が従来の技術にも示した通り困難である。このため、加圧部の上流における微細化の程度は、前記の値が現実的である。
【００４８】
液体中に大きな気泡と小さな気泡があると、気泡に作用する液体の表面張力のために、小さな気泡の方が、液体の圧力に対する気泡内の圧力の上昇が大きくなり、小さな気泡内の気体の方が大きな気泡内の気体より液体に溶解し易くなる。また、小さい気泡の周りにおける水中の気体の溶解濃度が、大きな気泡の周りにおける水中の気体の溶解濃度より高くなり、このため、小さい気泡の周りの気体が一旦水に溶解して、大きな気泡の周りへ拡散して移動したときに大きな気泡の周りの気体の溶解濃度が、大きな気泡内の圧力に対応する溶解度より高くなると、液体中に溶解した気体が大きな気泡内へ放出され、大きな気泡が更に大きくなる。
【００４９】
また局部的に見ると、ある瞬間に単位質量の液体に溶解している気体の溶解濃度は一様ではなく、例えばインペラの流路中に存在する液体について見てもばらつきがある。従って、小さな気泡中の気体が一旦液体中に溶解した後、溶解した液体部分が大きな気泡に接近すると、液体中に溶解していた気体が大きな気泡に移動することになる。このため、大きな気泡があると、小さな気泡は少なくなる。
【００５０】
そのため、加圧部の出口で、気体が小さな気泡として存在していてもよいが、液体中に溶解せずに相対的に大きな気泡として残る状態が発生することを避ける必要がある。従って、加圧部に流入する前において、液体中に注入された気泡は、メッシュ等の気泡微細化部４０で微細化されるとともに、大きさの均一化が図られることが望ましく、その大きさは、水の場合、上記のように直径で、１〜２ｍｍが最も好ましい。
【００５１】
次に、前述のように、気体注入部１０から吸込み管１２内を流れる液体に注入される気体の流量が、加圧後の気体溶解液において、その温度及び圧力における該気体溶解液の気体に対する溶解度の５０〜８０％に相当する溶解濃度となるように、液体に注入される気体の流量を制御する理由について説明する。
【００５２】
液体に気体が溶解して溶解度、換言すれば飽和溶解濃度に近づくにつれて、気体が液体に溶解する速度が遅くなり、溶解のために必要な時間が長くなる。図５に、一例として、空気泡が水に溶解していく時の気泡径と気泡体積の時間変化に関するシミュレーション結果を示す。図５においては、時間ｔに対して、絶対静圧が０．４ＭＰａで一定、水と空気の温度は互いに等しく２０℃で一定の場合を示しており、空気組成は、酸素が２０．９％で、窒素が７９．１％と仮定し、最初水中に空気その他の気体が全く溶解していない状態（時間ｔ＝０）から図示してある。なおシミュレーション開始（時間ｔ＝０）時点での空気の気泡直径は、１ｍｍと仮定した。
【００５３】
ところで、液体中に溶解する気体は、ある温度、圧力の条件下において、それぞれに固有の溶解度の値を持っている。ここで、気体が上記の組成を持った空気であり、液体が水である時には、先ず気体窒素の溶解濃度の方が早く溶解度に至る。そこで、気体窒素に注目すると、上記の条件下（温度２０℃、絶対静圧０．４ＭＰａ）において、水中に気体窒素が溶解しほぼ溶解度の近傍に至るための空気の初期気泡ボイド率θ１αmaxは、１．６７８％である。
本発明で、気泡ボイド率（または気体のボイド率）は、気体と液体とが完全に均一に（それぞれ気相、液相のままで）混合した流体のある一定体積に占める気体（気泡）の体積、つまり気体が流体（液体と気体の混合物）に占める体積の割合のことを指す。
【００５４】
図５には、初期気泡ボイド率θ１αmax＝１．６７８％の場合と、θ１αmaxの８０％である初期気泡ボイド率θ１＝１．３４２％の場合と、θ１αmaxの６５％である初期気泡ボイド率θ１＝１．０９１％の場合と、θ１αmaxの５０％である初期気泡ボイド率θ１＝０．８３９％の場合について、水中に空気その他の気体が全く溶解していない状態から、気泡径ｄと気泡体積Ｖの時間変化が、それぞれの初期値ｄ1およびV1で無次元化して示されている。この図５から、初期気泡ボイド率がθ１αmaxの時に完全に溶解するまでに８０５秒かかるのに対して、初期気泡ボイド率がθ１αmaxの８０％の時は４１０秒になり、初期気泡ボイド率がθ１αmaxの５０％の時は２５５秒になることが判る。
【００５５】
このように、気体と液体に与えられる温度と圧力に対応する、液体の気体に対する溶解度（飽和溶解濃度とも言える）の５０％から８０％の範囲にしておくと、気体が液体に溶解する時間がほぼ２分の１以下に短縮でき、しかも最終的に液体中に溶解していない大きな気泡が残ることが無いようにすることができる。このため、実用上十分な空気溶解量を有する水を得る上で好ましい。即ち、初期気泡ボイド率を気体の溶解度近傍にまで高めると、気体が全て溶解するために多くの時間を要し、反対に初期気泡ボイド率を低くしすぎると、結果として得られる気体溶解液体に対して期待される機能が十分でなくなる恐れがある。従って、これらのことを勘案すると、適当な初期気泡ボイド率が存在することが判る。
【００５６】
上記のように、高圧状態下でも、気体が液体に溶解するのに多くの時間を要する。このため、この例のように、インペラ２６とランナ２８の間に仕切り板（ライナリング）３８を設け、インペラ２６の出口の流体がランナ２８の入口に直接流れないようにし、インペラ２６から出た流体を、断面積拡大部４４を備える外部通路４２に流れるようにすることにより、断面積拡大部４４で気体が液体に溶解するのに要する時間を簡単に稼ぐことができる。
【００５７】
このように、この例によれば、高圧状態（本例では０．４ＭＰａ）の下で短時間に気体溶解量の大きい水を得ることができる。初期気泡ボイド率θ１αmaxの８０％〜５０％の空気が水に溶解したことは、大気圧下での空気の溶解度（即ち飽和溶解濃度）の３．２〜２．０倍に相当する過飽和水が得られたことであり、これらの水は、養殖漁業、汚泥の浄化など様々な有用な用途がある。本発明による気体溶解装置によれば、このように過飽和水が得られる。もし微細気泡等の気泡を発生することが好ましい場合には、適当な減圧装置、例えば該過飽和水の流れを妨げるように多孔板や金網状構造体などを配置することにより、適宜気泡を得るようにすることができる。
【００５８】
図６は、本発明の他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。この例は、加圧部及び減圧部として回転通路５０を用いている。つまり、この気液溶解装置は、両端の水平部を結ぶ線を回転軸心とした、Ｕ字状で、一方を、回転に伴って気体を含む気液混合液に作用する遠心力で気液混合液を加圧する加圧部５０ａ、他方を、回転に伴って気体を溶解させた気体溶解液に作用する遠心力で気体溶解液を減圧させる減圧部５０ｂ、頂部を加圧部５０ａと減圧部５０ｂとの連結部（外部通路）５０ｃとした回転通路５０を有している。回転通路５０の吸込み口、つまり加圧部５０ａ側の端部は、気体を混合した液体を搬送する吸込み管５２に連結され、回転通路５０の吐出し口、つまり減圧部５０ｂの端部は、気体を溶解し減圧部５０ｂで減圧された気体溶解液を吐出す吐出し管５４に連結されている。吸込み管５２と回転通路５０との間は、シール材５６でシールされ、吐出し管５４と回転通路５０との間のシール材５８でシールされている。
【００５９】
回転通路５０は、その両端の水平部において、一対の軸受６０を介して回転自在に支承されており、またその水平部には、被動歯車または被動プーリ６２が取付けられている。これによって、回転通路５０は、駆動歯車または駆動プーリ（図示せず）の駆動に伴って、両端の水平部を回転軸心として回転する。
【００６０】
この例によれば、回転通路５０の回転に伴って、気体を混入した気液混合液が吸込み管５２から回転通路５０の内部に吸込まれ、加圧部５０ａに沿って流れる途中で遠心力を受けて加圧され、これによって、気体の液体中への溶解が促進される。そして、気液混合液は、連結部（外部通路）５０ｃ内に流入し、該連結部内を流動している間に、気体が液体中に溶解する。この気体を溶解した気体溶解液は、回転通路５０の回転に伴って、回転通路５０の減圧部５０ｂに沿って流れる途中で、遠心力の作用で減圧され、吐出し管５４から外部に吐出される。
【００６１】
このように、加圧部５０ａあるいは減圧部５０ｂとして回転通路５０を用いる場合、流体の加圧及び動力回収は、原理的にいえば、図１に示す例における、ポンプ（加圧部）１４のインペラ２６あるいは水車（減圧部）１６のランナ２８と同じである。しかし、回転通路５０を用い、回転通路５０と回転通路５０の上流及び下流にある静止通路、つまり吸込み管５２及び吐出し管５４との間にシール材５６，５８を設けることで、回転通路５０を気体中で回転することが可能になる。そのため、図１のように、加圧部及び減圧部として通常のインペラ２６を備えたポンプ１４及びランナ２８を備えた水車１６を用いる場合と、加圧部あるいは減圧部として回転通路５０を用いる場合とは、損失の面で以下に示すような違いがある。
【００６２】
即ち、加圧部及び減圧部として、インペラ（ポンプ）２６及びランナ（水車）２８を用いる場合は、流体通路であるインペラ２６やランナ２８内部で流体の流動に伴って生じる摩擦や渦などによって発生する損失以外に、回転体であるインペラ２６あるいはランナ２８とそれを覆う静止している構造物（ケーシング２４）との間の流体の剪断による流体損失と、回転体と静止している構造物の間の隙間を高圧側から低圧側に流れる漏れ損失が発生する。これに対して、加圧部あるいは減圧部として回転通路５０を用いる場合は、回転通路５０内で流体の流動に伴って生じる摩擦や渦などによって発生する損失以外に、回転通路５０とその上流及び下流にある配管５２，５４との接続部におけるシール材５６，５８の摩擦損失と、回転通路５０とその上流及び下流にある配管５２，５４との接続部における流れ状態変化による損失が発生する。
【００６３】
従って、これらの損失を比較して、全体の損失が少なくなる方法を採用すればよい。一般的に、少容量・高揚程のポンプまたは水車の場合、回転体であるインペラあるいはランナとそれを覆う静止している構造物（ケーシング）との間の流体の剪断による流体損失と、回転体と静止している構造物の間の隙間を高圧側から低圧側に流れる漏れ損失が大きくなるため、回転通路を用いた方が有利になる。
一方、下記のように、加圧部が容積型回転機械の場合は、構造物が流体に与える力が流体の圧力を上昇させ、減圧部が容積形回転機械の場合は、流体の圧力が構造物へ力として作用して動力を回収することができる。
【００６４】
図７は、本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。この図７に示す例の図６に示す例と異なる点は、回転通路５０の減圧部５０ｂ側の端部を回転駆動軸６４に連結して、回転通路５０が回転駆動軸６４と一体に回転するよう構成するとともに、回転通路５０の減圧部５０ｂ側の水平部に気体溶解液吐出し口５０ｄを設け、吐出し管５４をこの気体溶解液吐出し口５０ｄを囲むようにして、回転通路５０の減圧部５０ｂ側の水平部と直交する方向に配置した点にある。更にこの例では、回転通路５０と吸込み管５２との間を、軸受を兼用したシール材６６で、回転通路５０の気体溶解液吐出し口５０ｄを挟む両側と吐出し管５４との間を、軸受を兼用した一対のシール材６８で、それぞれシールするようにしている。その他の構成は、図６に示す例と同様である。
【００６５】
図８乃至図１０は、本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置を示す。この例は、回転通路の連結部（外部通路）をコイル状の構造にして、気泡を含む液体が高圧の状態で存在する時間を長くして、気体が液体に多く溶解できるようにした例を示している。つまり、この気体溶解装置は、中央のコイル状の構造からなる連結部（外部通路）７０ａと、この連結部７０ａの両端の回転軸心に沿って延びる吸込み口７０ｂ及び吐出し口７０ｃと、吸込み口７０ｂと連結部７０ａとを繋ぐ加圧部７０ｄ、及び連結部７０ａと吐出し口７０ｃとを繋ぐ減圧部７０ｅを有する回転通路７０を備えている。つまり、気体を混合した気液混合液を吸込む吸込み口７０ｂから連結部７０ａに至る半径方向に延びる通路が加圧部７０ｄとなり、連結部７０ａから気体溶解液を吐出す吐出し口７０ｃに至る通路が減圧部７０ｅとなる。
【００６６】
この例によれば、回転通路７０の回転に伴って、気体を混入した気液混合液が吸込み口７０ｂから加圧部７０ｄに沿って流れる過程で、遠心力により昇圧されてコイル状の連結部（外部通路）７０ａ内に流入する。そして、このコイル状の連結部に７０ａに沿って流れるようにすることで、気泡を含む液体が高圧になっている時間を長くして、気体を液体に多く溶解させることができる。そして、この気体を溶解した気体溶解液は、回転通路７０の回転に伴って、回転通路７０の減圧部７０ｅに沿って流れる途中で、遠心力の作用で減圧され、吐出し口７０ｃから外部に吐出される。なお、コイル状の連結部７０ａをより太くすることによって、気泡を含む液体の連結部７０ａ内の滞留時間を更に長くして、気体が液体により多く溶解できるようにすることができる。
【００６７】
なお、図示されていないが、例えば、回転通路の回転中心に対する直径が互いに異なるコイル部またはスパイラル部を備えたり、コイル部またはスパイラル部の通路長さを適当に調節したりすることで、気体を液体に溶解させるための時間や圧力を好ましい値にすることができる。
【００６８】
これらのようにコイル状やスパイラル状の連結部（外部通路）を備えた例にあっても、図６に示した構成と同様に、静止通路との間にシールを設けたり、軸受やプーリ（または歯車）などを設けたりして回転させることができる。また、図７に示すように、回転通路の一端において回転駆動軸と接続する構造としてもよいことは勿論である。なお、流体の加圧及び動力回収は原理的に言えば、図６や図７に示した例と同様であって、図１に示す例におけるポンプのインペラや水車のランナと同等である。
【００６９】
上記の例では、加圧部及び減圧部にターボ型回転機械または回転通路を用いた例を示しているが、加圧部及び減圧部に、スクリュー式、ルーツ式、歯車式、ベーン式またはスクロール式等の任意の容積形回転機械を用いるようにしてもよい（なお、スクロール式は減圧部としては好ましくない）。図１１は、本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置を示すもので、この例は、加圧部及び減圧部に容積形回転機械としてのスクリュー式回転機械を用いた例を示す。つまり、この例の気液容器装置は、駆動軸７２に雄ロータ７４を、従動軸７６に雌ロータ７８を取付けた一方のスクリュー式回転機械８０を加圧部として、駆動軸８２に雄ロータ８４を、従動軸８６に雌ロータ８８を取付けた他方のスクリュー式回転機械９０を減圧部として使用している。
【００７０】
そして、スクリュー式回転機械（加圧部）８０の吐出し口に、内部に断面積拡大部（タンク）９２を設けた外部通路９４の一端を接続し、外部通路９４の他端をスクリュー式回転機械（減圧部）９０の吸込み口に接続し、更に両駆動軸７２，８２を互いに連結している。
【００７１】
この例によれば、スクリュー式回転機械（加圧部）８０の駆動軸７２の駆動に伴って、従動軸７６を従動させながら、この吸込み口から気液混合液を雄ロータ７４と雌ロータ７８との間に吸込んで加圧し、加圧後の気液混合液を外部通路９４の断面積拡大部（タンク）９２に順次送り出す。加圧後の気液混合液は、断面積拡大部９２の中で高い圧力に一定時間保持され、その間に、気体は液体中に溶解する。そして、スクリュー式回転機械（減圧部）９０の駆動軸８２の駆動に伴って、従動軸８６を従動させながら、この吸込み口から気体を溶解させた気体溶解液を雄ロータ８４と雌ロータ８８との間に吸込んで減圧し、減圧後の気体溶解液を吐出し口から外部に吐出す。
【００７２】
この時、スクリュー式回転機械（減圧部）９０の雄ロータ８４には、気体溶解液の圧力を受けて回転トルクが発生し、両スクリュー式回転機械８０，９０の駆動軸７２，８２を互いに連結することで動力が回収される。
【００７３】
図１２は、本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す図である。この例の図１１に示す例と異なる点は、減圧部として、スクリュー式回転機械９０の代わりにターボ型回転機械、具体的には水車９６を用い、スクリュー式回転機械（加圧部）８０の駆動軸７２と水車９６の主軸９８を互いに連結した点である。
このように、加圧部に容積式回転機械を、減圧部にターボ式回転機械を用いたり、またその逆に、加圧部にターボ式回転機械を、減圧部に容積式回転機械を用いたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。
【図２】液体が角速度一定で回転している場合における、半径方向の絶対静圧分布の一例を示すグラフである。
【図３】回転している液体に気泡がある場合における、液体の回転半径外向きの速度に対して気泡が回転の中心方向に進む相対速度の一例を示すグラフである。
【図４】静止した水中にボイド率が０．０１の酸素気泡がある場合における、気泡半径と液相基準の総括物質移動容量係数との関係の一例を示すグラフである。
【図５】静止している液体中に気泡がある場合における、気泡径及び気泡体積の時間的変化の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す断面図である。
【図８】本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の回転通路を示す正面図である。
【図９】図８の左側面図である。
【図１０】図８の右側面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態の気体溶解装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  気体注入部
１２  吸込み管
１４  ポンプ（加圧部）
１６  水車（減圧部）
１８  気体供給源
２０  気体の質量流量測定用センサ
２１  気体流量調節バルブ
２２  制御部
２４  ケーシング
２６  インペラ
２８  ランナ
３０  主板
３２，３４  羽根
３６  主軸
３８  仕切り板（ライナリング）
４０  気泡微細化部
４２  外部通路
４４  断面積拡大部（タンク）
４６，５６，５８，６６，６８  シール材
４８，５０ｄ  気体溶解液吐出し口
５０，７０  回転通路
５０ａ，７０ｄ  加圧部
５０ｂ，７０ｅ  減圧部
５２  吸込み管
５４  吐出し管
６０  軸受
６４  回転駆動軸
７０ａ  連結部
７０ｂ  吸込み口
７０ｃ  吐出し口
７２，８２  駆動軸
７４，８４  雄ロータ
７６，８６  従動軸
７８，８８  雌ロータ
８０  スクリュー式回転機械（加圧部）
９０  スクリュー式回転機械（減圧部）
９２  断面積拡大部（タンク）
９４  外部通路
９６  水車（減圧部）
９８  主軸
【図１】
2007083109.tif 000015
【図２】
2007083109.tif 000016
【図３】
2007083109.tif 000017
【図４】
2007083109.tif 000018
【図５】
2007083109.tif 000019
【図６】
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【図７】
2007083109.tif 000021
【図８】
2007083109.tif 000022
【図９】
2007083109.tif 000023
【図１０】
2007083109.tif 000024
【図１１】
2007083109.tif 000025
【図１２】
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