(57)【要約】      （修正有）【課題】温泉付随ガスを効率よく分離できる装置の提供。【解決手段】源泉から汲み上げた温泉水を衝撃型汽水分離器２に導入する導管１にマイクロバブル発生器３が設けられ、マイクロバブルを含む温泉水は、噴流となって、導管１から支管１１を経て、衝撃型汽水分離器２内に噴出し、円筒缶形の衝撃型汽水分離器２の壁面に衝突し、この温泉水の噴流内のマイクロバブルは、この壁面への衝突によって、気泡となって、温泉水から分離し、排出ガス管４から排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを溶存する温泉水を搬送する導管と、
この導管の温泉水の導入部近傍に設置したマイクロバブル発生器と、
上部側面にガス排出管と下部側面に温泉水導出管を設けた内面が円筒缶形の衝撃型汽水分離器とからなり、
前記マイクロバブル発生器は、導管内の温泉水に高圧空気を噴入して、温泉水内に溶存するガスをマイクロバブル化し、
このマイクロバブル化したガスを含む高圧噴流化された温泉水を衝撃型汽水分離器の円筒缶形の内面に衝撃噴出して、温泉水中のマイクロバブルを気泡化してガス排出管から排出し、
分離した温泉水を温泉水導出管から導出するようにした温泉水の溶存ガス分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃型汽水分離器を多段に設け、これに続いて、流下型汽水分離器を配置した温泉水の溶存ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温泉水を揚湯するに当り温泉水に溶存するメタンその他のガス、すなわち、「温泉付随ガス」を温泉水からの分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の温泉施設における温泉付随ガスに起因する爆発事故の発生に伴い、環境省では、温泉法を改正し、この改正温泉法によって、温泉の掘削時や採取時における可燃性天然ガス等に対する安全対策を義務づけている。
【０００３】
この改正温泉法では、温泉施設における安全対策が必要か否かを判断するために、温泉付随ガスのメタン濃度を測定する「温泉法におけるメタン濃度測定手法マニュアル」が定められた。
【０００４】
具体的には、このメタン濃度の測定に際して、１回でも、水上置換法で５０％ＬＥＬ(2.5vol%)、または、ヘッドスペース法で５％ＬＥＬ(0.25vol％)を超える値の場合、その温泉井戸を「温泉に相当量の可燃性ガスを含むもの」として措置を必要とすることが定められている。
【０００５】
そのため、この改正温泉法による温泉水の基準を通過するための対策が種々提案され、例えば、非特許文献２には、「改正温泉法の可燃性天然ガスの安全対策」が記載され、その中には、温泉水の溶存ガスが問題であって、この溶存ガスを気泡の直径が10マイクロメートル(1/100mm)〜数十マイクロメートルの微細な気泡、すなわち、マイクロバブルに変換したのち、ミリオーダーのミリバブルにして分離放出できることが示されている。
【０００６】
また、温泉水の溶存ガスを分離するために、温泉水の滞留時間を長くすること、圧力変化、加温、エアーレーション等による処理等を行うことは、下記特許文献に開示されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、衝撃板に温泉水を散水し、一次外気送風により分離したガスを希釈するとともに装置内の分圧を下げ分離性能を向上させ、排気温を外気温に近づけ、安全な濃度まで希釈するため二次外気取り入れする装置が開示されている。この装置によれば、温泉水から安全にガス分離でき、副作用として発生する温泉水温の低下、温泉スケールと白煙の発生を抑制できるとともに可燃性ガスの爆発を防止し、有毒ガスの有害性を低減できるが、装置の構造が複雑で、また、溶存ガスの分離効率が低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２には、ガスの分離方式が異なる衝突式と遠心力式を組み合わせた方式が開示されている。しかしながら、装置を組み合わせているため、構造が複雑である上に、操作も２度手間でエネルギー効率も低いという問題がある。
【０００９】
さらに、特許文献３には、流通孔を備えた垂直に設けた円筒体の衝突飛散跳ね返り部と容器底部からのエアーレーションの組み合わせによるガス分離方式が開示されている。しかしながら、円筒体の放出部から出た温泉水の衝突飛散跳ね返りは、順次低下し、ガス分離装置として非効率である。
【００１０】
さらにまた、特許文献４には、エゼクターから供給される温泉水を気水分離し、分離された地下水を、パイプを通してスタティックミキサーと負圧装置と減圧ポンプを通し、さらに地下水の溶存ガスを気化させるようにしたガスセパレーターシステムが開示されている。このシステムは、気水分離を密閉系で処理するため、泉質を変えない、雑菌の混入がない、スケールの発生が少ない、貯湯槽の必要がないで、省スペースで、ランニングコストやメンテナンス費も低額に抑えることができ、温泉法の規制値以下に可燃性ガスを抑えることができるとされている。
【００１１】
しかしながら、エゼクターに供給するガスがメタンが多いガスであるので、またマイクロバブル化して溶存ガスとなるため、非効率であり、システム装置としてはスペースが無駄となるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−２９１７２９
【特許文献２】実用新案登録第３１５３６２７号
【特許文献３】特開２０１０−２１４２７７
【特許文献４】特開２０１０−２４７０８５
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】温泉法におけるメタン濃度測定手法マニュアル                    2008年7月  環境省自然環境局発行
【非特許文献２】改正温泉法の可燃性天然ガスの安全対策(ガス濃度基準達成のための重要ポイント)    発行  アーストラストエンジニアリング株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、簡単な構造を有し、温泉水の付随ガスを効率よく分離できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の温泉水の溶存ガス分離装置は、可燃性ガスを溶存する温泉水を搬送する導管と、この導管の温泉水の導入部近傍に設置したマイクロバブル発生器と、上部側面にガス排出管と下部側面に温泉水導出管を設けた内面が横型円筒缶形の衝撃型汽水分離器とからなる。
【００１６】
マイクロバブル発生器は、導管内の温泉水に高圧空気を噴入して、高圧空気のマイクロバブルを発生させて、温泉水の気液接触面積を拡大させることによって、前記ガス吸着管内で温泉水内に溶存するガスをマイクロバブルの中に取り込み、即ちマイクロバブル化し、このマイクロバブル化したガスを含む高圧噴流化された温泉水を衝撃型汽水分離器の横向き円筒缶形の内面に垂直に衝撃噴出して、温泉水中のマイクロバブルをミリバブルやセンチバブルに拡大、気泡化して、比重差により上部に分離したガスをガス排出管から排出し、下部に分離した温泉水を温泉水導出管から導出するようにしている。
【００１７】
本発明においては、マイクロバブル発生器としては、上記高圧噴流化型を使用しているが、その他に、旋回液流式・スタティックミキサー式・エゼクター式・キャビテーション式・ベンチュリー式・遠心ポンプと旋回流式マイクロバブル発生器の組み合わせ・加圧溶解式がある。さらに、液の流動を伴わない場合で、細孔式・回転式・超音波式・蒸気凝縮式・電気分解法等を使用することができる。
【００１８】
また、本発明の温泉水の溶存ガス分離装置は、横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器を多段に設ける他、通常の流下型の汽水分離器を連続して設けることによって、汲み出された温泉水の付帯ガス濃度に対応できる。
【００１９】
自噴したり、地下数百メートルから水中ポンプによって供給される温泉水は、湧出する泉源の深度、泉質、温度によって源泉と一緒に湧出するガスの形も量もさまざまである。
【００２０】
源泉の深度が浅いか自噴していて、温度が高く、ミリバブルやセンチバブルの湧出ガス量が多い場合は、本発明の温泉水の溶存ガス分離装置の横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器では、高圧空気の流量調節弁で空気のマイクロバブルは１０％と少なめにして温泉ガスの気泡化排出に重点を置く。水中ポンプで揚水された温泉水は、気泡化しやすいミリバブルやセンチバブルを含んだまま温泉水導管内で攪拌されて、分岐管を通って横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器の中で衝突気泡化して、前記横型円筒の上下に気水分離して、気化ガスは上部ガス集合管を通って排出される。
【００２１】
また、源泉の深度が深く、温度が低くて湧出ガス（ミリバブルやセンチバブル）が少なくて気泡化しにくいマイクロバブルの溶存ガスが多い場合は、マイクロバブル発生器への加圧空気の流量調節弁を調整して、空気の比表面積を大きくして気液接触面積を拡大するために、温泉水の供給圧力より２０％程度高い高圧空気を供給する。
【００２２】
導管内を通る温泉水に供給された空気のマイクロバブルは、加圧下で攪拌されて気液接触が拡大され、溶存ガスと接触してより大きなマイクロバブルとなり、垂直に配置された複数の分岐管を通り、横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器の円筒形壁面に衝突して拡大し、ミリ、センチバブルとなり気泡化して、比重差によって上下に気液分離して、気泡化ガスは上部のガス集合管へ排出される。気化したガスを分離した温泉水は、下部の温泉水流出管より流出する。
【００２３】
横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器を通過した温泉水の残存溶存ガスを測定し、マイクロバブル発生器へ供給される高圧空気量を調整して、マイクロバブルの発生量を調整して、溶存ガスが最低値を示すようにする。この温泉水の溶存ガス量がヘッドスペース法で５％ＬＥＬ未満になれば、本発明の温泉水の溶存ガス分離装置は、前記横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器を単独で使用することが可能である。
【００２４】
この本発明の円筒形の垂直衝撃型汽水分離器を有する溶存ガス分離装置を、単一器として使用して、温泉水のガス分離を行ってヘッドスペース法で５％ＬＥＬ未満にすることが困難である場合には、本発明の垂直衝撃型汽水分離器を有する溶存ガス分離装置を複数段にわたって配置した装置とすることができる。
【００２５】
また、さらに、温泉水の溶存ガス量が多い場合には、この本発明の垂直衝撃型汽水分離器を有する溶存ガス分離装置を複数段にわたって配置することができる。さらに、処理すべき温泉水量が多く、最終段階で、さらに、溶存ガス量を低下させる必要がある場合には、流下型の汽水分離装置を付加することができる。横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器を温泉水が通過する時間は数秒であるが、流下型の汽水分離装置の場合は、数十秒から数分の時間をかけて溶存ガスの気化分離を行うものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による温泉付随ガスの分離は、高能率で行うことができ、溶存ガス量が多い温泉水であっても、新温泉法の規定のメタン濃度を容易に達成できる。
【００２７】
また、源泉のガス濃度に応じて任意のタイプのガス分離手段とレベルに応じて、数段階組み合わせ、また、他の様式の気液分離装置との組み合わせができ、温泉の形態に対応した付随ガス分離装置とすることができる。
【００２８】
完全に密閉状態で処理できるので、排出ガスが大きく外部に漏れたり、大きな騒音が漏れることなく、安全な処理環境を維持できる。
【００２９】
さらに、雑菌の混入がない、スケールの発生が少ない、貯湯槽の必要がないで、初期投資、ランニングコストやメンテナンス費も低額に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の溶存ガス分離装置の温泉水の流れに沿った断面を示す。
【図２】横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器の横断面を示す。
【図３】マイクロバブル発生器の一例を示す。
【図４】図１に示す溶存ガス分離装置を複数段配置し、流下型汽水分離器と組み合わせた装置を示す。
【図５】本発明に適用できる第１の流下型の汽水分離器の断面を示す。
【図６】同じく第２の流下型の汽水分離器の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００３２】
実施例１
図１は本発明の溶存ガス分離装置１０の温泉水の流れに沿った断面を示し、図２は、その横断面を示す。
【００３３】
図１において、１は源泉から湧出する温泉水を衝撃型汽水分離器２に導入する導管を示す。この導管１の温泉水の導入部近傍にはマイクロバブル発生器３が設けられている。
【００３４】
このマイクロバブル発生器３は、図３に示すように、エゼクター式であって、空気導入管３１とその先端に設けられた高圧空気噴出口３２からなり、温泉水導管１の汲み上げ基部付近に配置されている。空気導入管３１には４ｋＰａ程度の高圧空気が導入され、図示しない加圧空気の流量調節弁を調整して、高圧空気はその先端の噴出口３２からディフーザ３３を兼ねた温泉水導管１内に噴射され、３ｋＰａ程度で導入された温泉水を吸引攪拌してマイクロバブルを発生させ噴流状態で導管１内を流れる。
【００３５】
図１において、マイクロバブルを含む温泉水は、噴流となって、温泉水の導管１から支管１１を経て、横型円筒形の缶体を有する垂直衝撃型汽水分離器２内に噴出し、図２に示すように、垂直衝撃型汽水分離器２の横型円筒形の壁面２１に衝突する。
【００３６】
この温泉水の噴流内のマイクロバブルは、この壁面への衝突によって、気泡となって、比重差によって上下に気液分離して、温泉水から分離し、排出ガス管４から排出される。一方、その比重が重くなった溶存ガス量が低減した温泉水は、垂直衝撃型汽水分離器２の下部に形成された温泉水の排出導管１２から湯槽に送られる。
【００３７】
この過程によって、当初の源泉から汲み上げた温泉水中の溶存ガス量は、ほぼ半分に低減することができる。
【００３８】
実施例２
この実施例は、上記実施例１に示す垂直衝撃型汽水分離器２を有する溶存ガス分離装置１０を、連続して多段に設け、さらに、流下型汽水分離器を連続させて、泉源から汲みだした高いガス濃度の温泉水を安全にガス分離を達成しようとするものである。
【００３９】
図４は、実施例１に示す垂直衝撃型汽水分離器２を有する溶存ガス分離装置１０を３段に連続して配置し、さらに、これに続いて、流下型汽水分離器５，６  を配置したものである。
【００４０】
連続して上下３段に配置された溶存ガス分離装置１０は、基本的には、図１と図３に示す構造と同一構造を有するマイクロバブル発生器３と横型円筒形の垂直衝撃型汽水分離器２とからなる。
【００４１】
そして、それぞれ、マイクロバブル発生器３と衝撃型の汽水分離器２を有する溶存ガス分離装置１０は、実施例１に説明したように、マイクロバブルを含む温泉水の噴流を垂直衝撃型汽水分離器２の内壁に衝突せしめて、溶存ガスをミリバブル化して分離作用を行い、集中排出管４を経てマイクロバブル化した溶存ガスを放出する。そして、３段に配置した垂直衝撃型汽水分離器２によって、段階的にガス溶存量を低減したのち、温泉水導管１２を経て、流下型汽水分離器５に送られ、さらに、導管１５を経て、最終段階の流下型汽水分離器５、６において、最終レベルまで溶存ガスを低減したのち、温泉水は、導管１６によって、浴槽７に搬送される。
【００４２】
ここで、垂直衝撃型汽水分離器２に連続して配置された流下型汽水分離器５，６は、垂直衝撃型汽水分離器２に較べ、マイクロバブル化した溶存ガスの気化排出能は低いが、多量の温泉水の更なる溶存ガスの排出には好都合である。
【００４３】
図５は、図４において、３段に配置された垂直衝撃型汽水分離器２を有する溶存ガス分離装置１０に連続して設けられた第１の流下型汽水分離器５の縦断面を示す。
【００４４】
１２は、前段階の垂直衝撃型汽水分離器２でガスを排出した温泉水を導入する温泉水導管を示す。この温泉水の導管１２からは、第１の流下型汽水分離器５の二重のパンチ穴あきパイプ５１，５２内で温泉水を放出する。内側の穴あきのパイプ５１で温泉水は乱流となり、さらに溶存されるガスのミクロあるいはミリバブルの気泡化が促進され、外側の穴あきのパイプ５２の箇所で整流化して気泡分離と排出が促進される。
【００４５】
２重のパンチ穴あきのパイプ５１，５２の下方位置には、逆Ｕ字の下部開口管５３が配置され、この下面が開口されていることで、仕切り板５４を挟んで、ガス気泡と温泉水の比重差によって気泡は上昇して排気管４から排出され、また、温泉水は、仕切板５４の上部に溜め気泡を拡大させ開口部より上部水槽に気泡を上昇させたのち、下方に沈降する。
【００４６】
そして、第１の流下型汽水分離器５で処理され、溶存ガスを低減した温泉水は、比重の増加によって流下型汽水分離器５の下部に移動し、溶存ガスを排出した温泉水は下方に位置する導管１５を経て、次の第２の流下型汽水分離器６に送り込まれる。
【００４７】
図６は、第１の流下型汽水分離器５に連続して設けられた第２の流下型汽水分離器６を示す。
【００４８】
図６において、第２の流下型汽水分離器６は単純な缶体を形成し、上部において第１の流下型汽水分離器５からの導管１５の上面を半裁した状態で、流入する温泉水に溶存するガスを自然状態でミクロバブル化から自然成長せしめて集中排気菅４から排気し、さらに、温泉水回収用導管１６の下面も半裁にして、自然にミクロバブル化から自然成長せしめてその気泡を頂部の排気菅４から最終段階の気泡として、総合排気菅４から排気する。そして、温泉水回収用導管１６からは比重差から、溶存ガスを所定量排出した温泉水を湯槽に供給する。
【００４９】
図４に示すシステム装置において、溶存ガス量がヘッドスペース法で２０％ＬＥＬの源泉からの３ｋＰａの汲み上げ温泉水の導管に４ｋＰａの高圧空気を導入して、マイクロバブル化して、閉塞状態で毎分２４０リットルのガス分離処理を行ったところ、集合排ガス管４中のガス量はヘッドスペース法で常時５６％ＬＥＬとなり、湯槽への最終導管を経て供給される温泉水中の溶存ガスは、遙かに、新温泉法の規定（ヘッドスペース法で５％ＬＥＬ）を下回るものであった。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０  本発明の溶存ガス分離装置
１  汲み上げ温泉水の導管  
１１  支管    １２  衝撃型汽水分離器からの温泉水導管
１５  第１の流下型汽水分離器からの温泉水導管  
１６  第２の流下型汽水分離器からの温泉水導管  
２  垂直衝撃型汽水分離器
２１  円筒状壁面
３  マイクロバブル発生器
３１  高圧空気導入管    ３２  高圧空気噴出口  ３３  ディフーザ
４  排ガス菅
５  第１の流下型汽水分離器
５１、５２  穴あきパイプ    ５３  上方パイプ    ５４  下方パイプ
６  第２の流下型汽水分離器
７  湯槽
【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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