(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒をケーシング内に導入する溶媒導入部と、溶質をケーシング内に導入する溶質導入部と、円盤状の羽根車と、溶媒と溶質を混合する環状混合室と、溶媒と溶質の混合されたものを吐出する吐出管を備えた二相流接触処理装置であって、
前記羽根車は、溶媒導入用羽根車と、加圧兼用溶質導入用羽根車と、で構成され、
前記溶媒導入用羽根車及び前記加圧兼用溶質導入用羽根車を回転軸方向に直列に配置し、前記溶媒導入用羽根車の外周部から前記溶媒導入用羽根車の加圧兼用溶質導入用羽根車側の側面に沿って一次圧縮室を備え、
前記加圧兼用溶質導入用羽根車の中心側部分に貫通穴を設けてなることを特徴とする二相流接触処理装置。
【請求項２】
前記加圧兼用溶質導入用羽根車に溶媒及び溶質の混合を目的として外周に向かった放射状の突条を、前記溶媒導入用羽根車が位置する面と反対側の面に形成してなることを特徴とする請求項１記載の二相流接触処理装置。
【請求項３】
前記加圧兼用溶質導入用羽根車は、円盤状の回転板と、突条車と、で構成され、前記回転板及び前記突条車を回転軸方向に直列に配置してなることを特徴とする請求項１又は２記載の二相流接触処理装置。
【請求項４】
溶媒導入部から液体よりなる溶媒をケーシング内に導入し、該導入された溶媒をケーシング内部で移動させ、溶質導入部から溶質をケーシング内に導入し、前記移動させた溶媒に溶質を混合し、該溶媒と溶質を混合したものに加圧を行い、溶媒と溶質を混合したものを吐出する二相流接触処理方法であって、
溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車とが回転軸方向に直列となった羽根車と、前記溶媒導入用羽根車及び前記加圧兼用溶質導入用羽根車との間に形成された一次圧縮室を用いて、
前記溶媒をケーシング内に導入するのは前記溶媒導入用羽根車で行い、
前記溶媒をケーシング内部で移動させるのは前記溶媒導入用羽根車及び前記一次圧縮室を用いて行い、
前記溶質をケーシング内に導入し、前記ケーシング内部で移動させた溶媒に溶質を混合し、前記溶媒と溶質を混合したものに加圧を行なうのは前記加圧兼用溶質導入用羽根車によって行なうことを特徴とする二相流接触処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は溶媒と溶質とを吸引・混合して接触処理を行い、所定の場所へ移送する二相流接触処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から溶媒としての水等の液体に溶質としての空気等の気体を接触・混合・吸収させ目的の処理を行い、高所に揚げたり、所定場所へ移送したりする手段としてはポンプを用いた二相流接触処理装置が用いられている。この二相流接触処理装置において、移送手段として使用されているポンプとして渦巻ポンプが知られている。
【０００３】
この渦巻ポンプは、ケーシングに、吸引口と吐出口を備えており、吸引口は溶媒及び溶質をケーシング内部へと吸引する為に、溶媒及び溶質それぞれに対して各１つ形成され、吐出口は、混合によって得られた溶液を外部へと排出する為に１つ形成されている。このケーシングは、その内部に羽根車を収容しており、羽根車は、ケーシング外部に配置されたモーター等の駆動体によって回転可能に構成されている。この羽根車の外周面には、液体を導く為の複数の羽根部が設けられている。
【０００４】
ポンプによって溶媒と溶質とを混合する際には、最初に、吸入口から溶媒が導入され、この溶媒を吸入する際の負圧を利用して、溶質も同時に吸入口からケーシング内部へと吸引される。すなわち、ポンプの中で羽根車の回転する時の遠心作用を利用して、溶媒を回転させ、溶媒を外周側へ移動させる。溶媒が羽根車の外周側へ移動することで羽根車の回転中心部が負圧となり、羽根車の回転中心に新たに溶媒や溶質が吸引される。溶媒及び溶質は羽根車の回転及び外周側環状流路内で撹拌・混合され吐出口から外部へと排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の渦巻きポンプを使用した二相流接触処理装置において、溶媒として液体を、溶質として気体を用いた場合、遠心力により液体が羽根車の外周側に押し出された際に発生する羽根車中心部の負圧を利用して、連続的に液体や気体を吸い込ませようとするものであるため、気体の体積が大きくなりすぎると、羽根車の回転中心部に気体が集まってしまい、液体を連続的に吸引するのに十分な負圧をつくる事ができず、液体の吸引ができなくなってしまったり、吐出圧・流量が著しく不安定となったりして、連続した運転が困難となったりしてしまう場合があった。
【０００６】
この為、いわゆるエアーロックを生じないように、気体からなる溶質の量を５％前後に制限して使用しなければいけないという問題があった。つまり、混合する気体からなる溶質の割合を極めて少ない、一定値以下に制限しなければならないという問題が生じていた。
【０００７】
この発明は、上述のような従来技術の不都合を解決する為になされたものである。
本発明の目的は、溶媒に対する溶質の接触・反応効率を高め、溶媒の機械的、化学的又は物理的反応を促進し、かつ溶媒に対する溶質の混合割合が大きくなっても、円滑に溶媒と溶質の吸引・混合・接触を行なう事ができ、装置の小型化をはかり、二相流接触処理を安価に行なうことが可能な二相流接触処理装置及び二相流接触処理方法を提供する事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明の二相流接触処理装置によれば、溶媒をケーシング内に導入する溶媒導入部と、溶質をケーシング内に導入する溶質導入部と、円盤状の羽根車と、溶媒と溶質を混合する環状混合室と、溶媒と溶質の混合されたものを吐出する吐出管を備えた二相流接触処理装置であって、前記羽根車は、溶媒導入用羽根車と、加圧兼用溶質導入用羽根車と、で構成され、前記溶媒導入用羽根車及び前記加圧兼用溶質導入用羽根車を回転軸方向に直列に配置し、前記溶媒導入用羽根車の外周部から前記溶媒導入用羽根車の加圧兼用溶質導入用羽根車側の側面に沿って一次圧縮室を備え、前記加圧兼用溶質導入用羽根車の中心側部分に貫通穴を設けてなることにより解決される。
【０００９】
これにより、溶質が溶媒導入用羽根車の中心部付近に溜まることが阻止され、溶媒導入用羽根車の中心部付近を十分な負圧に維持することができ、吐き出し側揚程の低下も抑止できる。また、加圧兼用溶質導入用羽根車の中心部付近の貫通穴を通して溶媒導入用羽根車から溶媒が連続的に供給され、加圧兼用溶質導入用羽根車によって確実に溶媒と溶質の混合を行なうことができるようになる。
【００１０】
このとき、前記加圧兼用溶質導入用羽根車に溶媒及び溶質の混合を目的として外周に向かった放射状の突条を、前記溶媒導入用羽根車が位置する面と反対側の面に形成してなるように構成すると好適である。
【００１１】
これより、放射状の突条が形成された加圧兼用溶質導入用羽根車を高速回転させる事によって、気体である溶質の気泡を分断して微細にしたり、液体である溶質を分断して微細にしたりすることで二相流接触処理を促進することができる。
【００１２】
さらに、前記加圧兼用溶質導入用羽根車は、円盤状の回転板と、突条車と、で構成され、前記回転板及び前記突条車を回転軸方向に直列に配置してなるように構成すると好適である。
【００１３】
これにより、二相流接触処理装置の用途に応じて回転板と突条車とを適時組み合わせて、所望の加圧兼用溶質導入用羽根車を備える二相流接触処理装置を得ることができる。
【００１４】
前記課題は、本発明の二相流接触処理方法によれば、溶媒導入部から液体よりなる溶媒をケーシング内に導入し、該導入された溶媒をケーシング内部で移動させ、溶質導入部から溶質をケーシング内に導入し、前記移動させた溶媒に溶質を混合し、該溶媒と溶質を混合したものに加圧を行い、溶媒と溶質を混合したものを吐出して、溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車とが回転軸方向に直列となった羽根車と、前記溶媒導入用羽根車及び前記加圧兼用溶質導入用羽根車との間に形成された一次圧縮室を用いて、前記溶媒をケーシング内に導入するのは前記溶媒導入用羽根車で行い、前記溶媒をケーシング内部で移動させるのは前記溶媒導入用羽根車及び前記一次圧縮室を用いて行い、前記溶質をケーシング内に導入し、前記ケーシング内部で移動させた溶媒に溶質を混合し、前記溶媒と溶質を混合したものに加圧を行なうのは前記加圧兼用溶質導入用羽根車によって行なうこと、により解決される。
【００１５】
これにより、溶質が溶媒の移動経路の途中に滞留して溶媒の移動を阻害することがなく、その結果、溶質の流量が多くても確実に溶媒の吸引と、溶媒と溶質の混合処理を行なう事ができる。
【００１６】
また、溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車とが回転軸方向に直列となった羽根車と、前記溶媒導入用羽根車及び前記加圧兼用溶質導入用羽根車との間に形成された一次圧縮室を用いて、前記溶媒をケーシング内に導入するのは前記溶媒導入用羽根車で行い、前記溶媒をケーシング内部で移動させるのは前記溶媒導入用羽根車及び前記一次圧縮室を用いて行い、前記溶質をケーシング内に導入し、前記ケーシング内部で移動させた溶媒に溶質を混合し、前記溶媒と溶質を混合したものに加圧を行なうのは前記加圧兼用溶質導入用羽根車によって行なう。
【００１７】
これにより、溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車と一次圧縮室を用いて、溶媒及び溶質の連続的な吸引、接触・混合処理を効率的に行なうことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１９】
図１乃至図６は本発明に係る一実施の形態を示すものであり、図１は二相流接触処理装置を示す要部を破断した正面図、図２は図１の部分拡大図、図３は図１の要部部分拡大図、図４は溶媒導入部側からみた溶媒導入用羽根車を示す部分拡大側断面図、図５は小空洞部側から見た加圧兼用溶質導入用羽根車を示す側面図、図６は二相流接触処理装置の要部分解斜視図である。
【００２０】
本例の二相流接触処理装置１１は、ケーシング部２２と、モーター２７と、回転軸２８と、溶媒導入部２３と、溶質導入部（溶質導入口部材３８、溶質導入通路３４ｂ、小空洞部３７）と、円盤状の羽根車３１，３２と、溶媒と溶質を混合する環状混合室３９と、溶媒と溶質の混合されたものをケーシング部２２の外へ吐出す吐出管２４を備えている。
【００２１】
本実施形態のケーシング部２２を構成するケーシング２５には溶媒導入部２３が接続され、ケーシング２５内の吐出口４８と通じる吐出室４９に連通する吐出管２４がケーシング２５に一体的に設けられており、ケーシング２５の中央部に設けられた羽根車３１，３２は回転軸２８で回転可能に軸支された円盤状の溶媒導入用羽根車３１及び加圧兼用溶質導入用羽根車３２が回転軸２８方向に直列に２つ配設されたものである。溶媒導入用羽根車３１は溶媒を導入するための羽根車であり、また、加圧兼用溶質導入用羽根車３２は、溶質を導入するための羽根車で、溶媒及び溶質を加圧する役目も担うものである。
【００２２】
溶媒導入部２３は、ケーシング２５内に溶媒を導入するために設けられており、溶媒が貯留されているタンク（図示せず）と連通する。また、溶媒導入部２３には溶媒が貯留されているタンク以外からも溶媒を導入可能なように、溶媒導入用枝通路２３ａを設けておくとよい。例えば、一度ケーシング２５内に導入された溶媒を再度溶媒導入部２３に導いて再びケーシング２５内に導入する場合のように、溶媒を循環して再利用するとき等に溶媒導入用枝通路２３ａを利用することができる。なお、溶媒導入用枝通路２３ａを使用しない時には、溶媒導入用枝通路２３ａはプラグやバルブで遮断される。
【００２３】
溶媒導入部２３とケーシング２５との連結部には逆流防止用の逆止弁２９が設けられている。逆止弁２９は円盤状で、その上端部のみが固定されており、下部側は揺動自在となっている。従って溶媒は、溶媒導入部２３よりケーシング２５へ向かって流れる際は、逆止弁２９が図２及び図３の二点鎖線で示すように、その流れによって揺動し、ケーシング２５内へ流入することが可能となる。
【００２４】
逆にケーシング２５から溶媒導入部２３側に向かって流れようとすると、溶媒の圧力によって逆止弁２９が溶媒導入部２３の開口縁部に押し当てられて、溶媒導入部２３が閉成され、逆流が阻止される。このため、溶媒は、溶媒導入部２３からケーシング２５内に向かって一方向にのみ流れるようになっている。
【００２５】
そして、この逆止弁２９のケーシング２５側内には、溶媒導入部２３側から供給される溶媒が溜まる空洞部３０がケーシング２５の内部隔壁２５ａによって形成されている。また、ケーシング２５の内部隔壁２５ａの空洞部３０と反対側（モーター２７側）の面には、円形皿部材３３がボルトなどの固着具によって底面が空洞部３０側を向くように内部隔壁２５ａに固着されており、溶媒導入用羽根車３１が円形皿部材３３に収容される。
【００２６】
溶媒導入用羽根車３１は、円盤状の基板３１ｂと、突条３１ａと、軸孔３１ｃから形成されており、基板３１ｂの外周に向かって、渦を巻くように放射状とした突条３１ａが、等間隔で形成されている。そして、図４に示すように、溶媒導入用羽根車３１は、溶媒が供給される空洞部３０側に突条３１ａが形成された面が向くように軸孔３１ｃ内に回転軸２８が挿入・固定され、回転軸２８を中心にして回転可能に配置される。
【００２７】
円形皿部材３３の底面と内部隔壁２５ａには、空洞部３０から溶媒導入用羽根車３１へ溶媒を供給するために、溶媒導入用羽根車３１の回転中心軸に対応する位置に穴が設けられ、溶媒供給穴３０ａが形成されている。なお、本実施形態では、溶媒導入用羽根車３１が円形皿部材３３に収容されているが、円形皿部材３３を設けることなくケーシング２５の内部隔壁２５ａを円形皿部材３３の形状とするようにしてもよい。
【００２８】
また、円形皿部材３３の周壁で、上部側に位置する部分と下部側に位置する部分にはそれぞれ貫通孔３３ａ，３３ｂが設けられている。上部側に設けられた貫通孔３３ａは二相流接触処理装置１１の停止時や起動時にエアー抜きを行なうために設けられている貫通孔である。下部側に設けられた貫通孔３３ｂは二相流接触処理装置１１内の溶媒等を抜き取るためのドレインとして設けられている貫通孔である。
【００２９】
円形皿部材３３のモーター２７側の開口を塞ぐように、溶媒導入用羽根車３１に隣接して、円形皿部材３３とほぼ同一の外径を備えた加圧兼用溶質導入用羽根車３２が回転軸２８の軸方向に直列に配置される。
【００３０】
加圧兼用溶質導入用羽根車３２は、溶質の吸引・溶媒の再加圧・混合するものであり、軸孔３２ｃを備える円盤状の回転板３２ｂと、突条３２ａを備える突条車３２ｄとから形成されている。本実施例では回転板３２ｂと突条車３２ｄとは溶接で接合されている。突条車３２ｄは回転板３２ｂの一方の面に溶接されるもので、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の外周に向かって直線的或いは、ゆるやかな円弧状の放射状に等間隔に形成された突条３２ａを形成する。また、回転板３２ｂには、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の中心側部分に形成された軸孔３２ｃの周辺部分に、円環状の貫通穴１９が形成されている。なお、貫通穴１９は円環状に連続した貫通穴に限らず、部分的に貫通穴１９が形成されるようにしてもよい。
【００３１】
加圧兼用溶質導入用羽根車３２はケーシング２５内に、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の突条３２ａが形成された面が、溶媒導入用羽根車３１の位置する側と反対側（モーター２７側）を向くように軸孔３２ｃ内に回転軸２８が挿入・固定され、回転軸２８を中心にして回転可能に配置される。
【００３２】
そして、溶媒導入用羽根車３１の外径は円形皿部材３３の内径よりも小さく形成され、溶媒導入用羽根車３１の基板３１ｂと加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転板３２ｂとの間には間隔が設けられている。これにより、溶媒導入用羽根車３１の外周部から、溶媒導入用羽根車３１の加圧兼用溶質導入用羽根車３２側の側面に沿って、円形皿部材３３と加圧兼用溶質導入用羽根車３２とによって囲まれる、一次圧縮室４０が連続して形成されている。
【００３３】
さらに、図２乃至図４に示すように、ケーシング２５内には、円形皿部材３３の外周面と加圧兼用溶質導入用羽根車３２の外周面に沿って、環状混合室３９が吐出口４８に向かって徐々に広がるように形成されている。この環状混合室３９には、溶媒の再加圧・溶質の吸引・混合を行なう加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転によって外周側に送られる溶媒及び溶質が導かれ、その内部で更に混合・接触反応が行われ、減速・増圧を行なう。
【００３４】
環状混合室３９を通って吐出口４８から排出された溶媒及び溶質を、吐出管２４に導くために吐出管２４と連通する吐出室４９が形成されている。吐出口４８より吐き出された溶媒及び溶質は、この吐出室４９を通って吐出管２４に送られ、所定の場所に移送されるようになっている。
【００３５】
また、吐出室４９には吐出管２４以外に溶媒及び溶質を吐き出すための吐出用枝通路４９ａが設けるとよい。吐出用枝通路４９ａは、例えば、前述の溶媒導入用枝通路２３ａと連結することで、吐出用枝通路４９ａから排出された溶媒をケーシング２５に供給する溶媒として再利用することもできる。また、吐出用枝通路４９ａから排出された溶媒を後述の冷却室４１に導いて冷却液として利用することもできる。なお、吐出用枝通路４９ａを使用しない時には、吐出用枝通路４９ａはプラグやバルブで遮断される。
【００３６】
ケーシング２５のモーター２７側の外壁には、前述の加圧兼用溶質導入用羽根車３２を臨む位置に大開口が穿設されており、その大開口を塞ぐようにＯリング３５を介して蓋部材３４が配置される。ケーシング２５の大開口に臨む蓋部材３４の側面と加圧兼用溶質導入用羽根車３２との間には、加圧兼用溶質導入用羽根車３２が回転する際に蓋部材３４と加圧兼用溶質導入用羽根車３２とが接触しない程度の微小な間隔が設けられる。
【００３７】
蓋部材３４には回転軸２８を通すための軸孔３４ａが設けられている。軸孔３４ａの径は回転軸２８の直径よりも充分に大きく形成され、軸孔３４ａに回転軸２８が挿通された際に、軸孔３４ａ内の空間が溶質を導入してくるための小空洞部３７を構成する。このとき小空洞部３７から加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転中心軸付近に溶質を供給できるように、小空洞部３７は加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転中心軸付近を臨む位置に配置することとなる。
【００３８】
また、蓋部材３４には軸孔３４ａと連通するように、蓋部材３４の半径方向に、軸孔３４ａから蓋部材３４の外周面に向けて溶質導入通路３４ｂが設けられる。溶質導入通路３４ｂには溶質導入口部材３８が接続される。溶質導入口部材３８は、溶質を貯留してあるタンク（図示せず）又は各種ガス発生器（図示せず）と接続されており、供給されてくる溶質を溶質導入通路３４ｂ内に送るようになっている。
【００３９】
したがって、図２及び図３に示すように、溶質導入口部材３８から溶質導入通路３４ｂに導かれた溶質は、軸孔３４ａの小空洞部３７へ導かれ、さらに加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転中心軸付近に導かれることになる。溶質導入口部材３８、溶質導入通路３４ｂ、小空洞部３７が本実施形態の溶質導入部を形成する。
【００４０】
なお、溶質を大気又は外気とする場合は溶質導入口部材３８の止め弁を介して運転中は大気に解放されるように構成する。その他、溶質導入口部材３８に昇圧装置（図示せず）を接続し、溶質を高圧で溶質導入通路３４ｂ内に送り込むように構成することも可能である。溶質を高圧で送り込むことで、ケーシング内により多くの溶質を導入できるようにできる。
【００４１】
蓋部材３４と回転軸２８とのモーター２７側の境界には、蓋部材３４と回転軸２８との間から小空洞部３７の外へ溶媒が漏れないように、オイルシール４５が配設される。
【００４２】
蓋部材３４のモーター２７側の側面には円管４６と、回転軸２８を通すための軸孔４７ａが設けられた円盤状の蓋４７とがボルト等の固着具で固定されている。円管４６は蓋部材３４と蓋４７との間に配置され、回転軸２８のメカニカルシール４２が円管４６内部で蓋部材３４と蓋４７との間に挟持されている。
【００４３】
円管４６内部は冷却室４１として構成される。冷却室４１は加熱されやすい回転軸２８のメカニカルシール４２の外周に形成されている。円管４６の周壁には、冷却室４１に連通する冷却液通路４６ａ，４６ｂが形成される。冷却液通路４６ａは冷却液を冷却室４１に導くために用いられる。冷却液通路４６ｂは通常は閉鎖されており、冷却室４１から冷却液を排出する時にドレインとして利用される。
【００４４】
冷却液通路４６ａには連通管４４を介して冷却液タンク４３が設置される。冷却液タンク４３内に貯蔵された冷却液は、連通管４４、冷却液通路４６ａを介して冷却室４１との間を移動し、メカニカルシール４２の潤滑及び冷却が行われるようになっている。冷却液タンク４３は冷却液として油以外に不活性な液体を封入したり、清水を通水・排水したりする場合もある。
【００４５】
さらに、連通管４４の途中に分岐管４４ａを設け、冷却液タンク４３以外からの冷却液を分岐管４４ａから導入できるように構成しておくとよい。例えば、前述の吐出用枝通路４９ａと分岐管４４ａを接続し、冷却液タンク４３以外からの冷却液として、前述の吐出用枝通路４９ａから排出された溶媒を利用することができる。このときに、冷却液通路４６ｂと前述の溶媒導入用枝通路２３ａを連結して、冷却液通路４６ｂから排出される溶媒（冷却液）をケーシング２５に導入すれば、溶媒を冷却液として循環させて利用することができる。
【００４６】
但し、吐出用枝通路４９ａから排出される溶媒を冷却液として利用する場合には、回転軸２８及びメカニカルシール４２を傷めないように溶媒に微粒子を含まないようにしなければならない。なお、溶媒が微粒子を含むものであっても、吐出用枝通路４９ａと分岐管４４ａとの間にフィルタを挿入して微粒子が冷却室４１に入らないように構成し、溶媒を冷却液として利用してもよい。
【００４７】
軸孔４７ａ、円管４６、軸孔３４ａを通ってケーシング２５内に挿入されている回転軸２８は、回転軸支持部５０で回転可能に支持される。そして、モーター２７側に位置する回転軸２８の端部は軸連結部５１で、モーター２７の出力軸（図示せず）と連結され、モーター２７の回転力が回転軸２８に伝達される。
【００４８】
さて、上記構成による二相流接触処理装置１１においては、溶質として液体でも気体でも用いることができるものである。以下に、溶媒として金属加工又はメッキ工場などの表面処理過程で排出される重金属・貴金属成分を含む排水を、溶質として酸化分解剤であるオゾンガスを用いて、酸化分解反応による排水のＢＯＤ値、ＣＯＤ値の低減、及び金属成分含有物質の酸化分解・析出・回収を目的とした気液接触処理を行い、排水を所定の場所に移送する場合について説明する。
【００４９】
まず、二相流接触処理装置１１においては、排水を貯留するタンク（図示せず）から溶媒導入部２３を介して、空洞部３０内に排水を送る。その状態でモーター２７を駆動させることにより、回転軸２８を介して溶媒導入用羽根車３１を回転させる。この溶媒導入用羽根車３１の回転によって、空洞部３０から溶媒供給穴３０ａに導かれる排水は突条３１ａに沿って回転しながら溶媒導入用羽根車３１の外周側に移動されて一次圧縮室４０内に吐き出される。溶媒供給穴３０ａ付近に存在していた排水が溶媒導入用羽根車３１の外周側に押し出されることで、溶媒導入用羽根車３１の回転中心軸近傍が負圧になる。すると、空洞部３０内の排水が溶媒導入用羽根車３１の回転中心軸近くの溶媒供給穴３０ａ付近に連続的に供給され、これに伴い、溶媒導入部２３を介して空洞部３０内に溶媒が連続的に吸引され続ける。
【００５０】
溶媒導入用羽根車３１の外周側に押し出された排水は、溶媒導入用羽根車３１と加圧兼用溶質導入用羽根車３２との間の一次圧縮室４０によって溶媒導入用羽根車３１の回転中心側に再び集められ、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の貫通穴１９を通り加圧兼用溶質導入用羽根車３２に配設された放射状の突条車３２ｄによって、再度加圧されて加圧兼用溶質導入用羽根車３２の外周側へ吐き出される状態になる。
【００５１】
この状態で、オゾンガス発生器（図示せず）から溶質導入口部材３８、溶質導入通路３４ｂを介して小空洞部３７内にオゾンガスを供給すると、小空洞部３７内のオゾンガスは、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転によって溶媒が加圧兼用溶質導入用羽根車３２外周方向へ吐きだされるときの遠心力により吸引される。オゾンガスは、溶媒導入用羽根車３１及び一次圧縮室４０によって移動してきた溶媒と、貫通穴１９の小空洞部３７側付近で接触し、溶質を吸引混合するための放射状の突条車３２ｄに導かれ、加圧兼用溶質導入用羽根車３２の回転によって溶媒と混合・接触処理され、加圧されて環状混合室３９に吐き出される。そして排水とオゾンガスが混合・接触することで、排水のＢＯＤ値、ＣＯＤ値の低減や、含有重金属・貴金属成分の回収の為の酸化分解処理が行われ、吐出口４８から吐出管２４を通って所定の場所へ移送される。
【００５２】
その後、吐出管２４を通って所定の場所へ移送された排水から酸化処理により生じた析出物を回収し、回収された析出物を処理することで金属の回収・再利用を行なう。
【００５３】
次に、本発明の作用効果を確認するために、本実施形態の二相流接触処理装置１１を用いて、溶媒としての清水と、溶質としての空気とを接触混合した場合の実験を行なったので、以下に説明する。
【００５４】
本実験は溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車を回転速度３４５０ｒｐｍで回転させ、溶媒導入用羽根車の外径が１１０φ、加圧兼用溶質導入用羽根車の外径が１４０φとして、一次圧縮室における溶媒導入用羽根車と加圧兼用溶質導入用羽根車の間隔は約４ｍｍ〜約７ｍｍであった。
【００５５】
本実験は、溶質導入部を大気へ開放して大気圧（１ａｔｍ）の空気を二相流接触処理装置に導入するようにした状態で、溶媒の流量を変化させた時に、二相流接触処理装置に導入される空気の流量を測定したものである。本実験の実験結果を示すグラフを図７に示す。
【００５６】
図７は、本実験で得られた、二相流接触処理装置内に導入される清水の流量と、空気の流量との関係を示したグラフである。また、図７のグラフには、揚程と消費電力もあわせて示している。図７のＣａｐａｃｉｔｙは清水の流量を、Ｇａｓは空気の流量を、ＴＯＴＡＬ  ＨＥＡＤは溶媒と溶質との混合物の揚程を、ＳＨＡＦＴ  ＰＯＷＥＲはモーターの消費電力を示している。
【００５７】
図７でわかるように、本実験のように大気圧（１ａｔｍ）の空気を二相流接触処理装置に導入するようにした場合には、清水の流量に対して、１０％の流量の空気を導入することができた。そして、このように清水の流量に対して１０％の流量の空気が導入されても、エアーロックが生じることはなかった。
【００５８】
本実施形態の二相流接触処理装置１１及び二相流接触処理装置１１を用いた二相流接触処理方法によれば次のような効果が発揮される。
・溶媒が導入される空洞部３０と溶質が導入される小空洞部３７とが溶媒導入用羽根車３１，加圧兼用溶質導入用羽根車３２及び一次圧縮室４０を介して独立しているため、溶質が溶媒導入用羽根車３１の中心部付近に溜まることが阻止され、溶媒導入用羽根車３１の中心部付近を十分な負圧に維持することができ、吐き出し側揚程の低下も抑止できる。
【００５９】
例えば溶質として気体を用いた場合に、従来のように、溶媒の移動経路の途中である溶媒導入用の羽根車の回転中心軸近傍に気体が滞留することによるエアーロックの発生を回避することができる。その結果、溶質の流量が大きすぎることにより溶媒の吸引ができなくなるといった事態の発生がなくなり、確実に溶媒の吸引と、溶媒と溶質の混合処理を行なう事ができる。また、溶媒と溶質を加圧兼用溶質導入用羽根車３２により高い圧力で効率的に溶媒及び溶質の吸引・混合・接触を行なうことができる。さらに、外部から溶質を高圧で送り込むために昇圧装置を設けなくても、必要な吸引・混合・接触を行なうことができ、加圧兼用溶質導入用羽根車により溶媒と溶質の混合を確実に行なうことができるため、装置を小型化でき、かつ安価にすることができる。
【００６０】
・加圧兼用溶質導入用羽根車３２の中心部付近の貫通穴１９を通して溶媒導入用羽根車３１から溶媒が連続的に供給され、加圧兼用溶質導入用羽根車３２によって確実に溶媒と溶質の混合を行なうことができる。
【００６１】
・溶媒がケーシング内部で移動することで、連続的に溶媒を空洞部３０内に吸引を行い、ケーシング内で移動した後の溶媒に対して溶質の混合と、混合した溶媒と溶質への加圧が行なわれるため、溶質が溶媒の移動経路の途中に滞留して溶媒の移動を阻害することがなく、その結果、溶質の流量が多くても確実に溶媒の吸引と、溶媒と溶質の混合処理を行なう事ができる。
【００６２】
・溶媒導入用羽根車３１と加圧兼用溶質導入用羽根車３２と一次圧縮室４０を用いて、溶媒及び溶質の連続的な吸引、接触・混合処理を効率的に行なうことができるので、二相流接触処理にかかるコストの低減を図ることができる。
【００６３】
・溶媒が液体で溶質が気体であるとき、放射状の突条３２ａが形成された加圧兼用溶質導入用羽根車３２を高速回転させる事によって、ケーシング内に導入された溶質の気泡が分断され微細となり混合接触反応を促進することができる。
【００６４】
・溶質として気体を用いてガス発生器から溶質を導入する場合、小空洞部３７は若干の負圧である為、通常のガス発生器自体の吐出圧のみで容易に二相流接触処理装置内に吸引され、混合接触処理を行なうことができる。このため、別途昇圧装置等を増設して溶質を二相流接触処理装置内に圧入する必要がなく、溶質を少ない部材で簡単に排水の中に吸収・接触させることができることから、コストの低減を図ることができる。
【００６５】
・溶媒と溶質がともに液体のとき、放射状の突条３２ａが形成された加圧兼用溶質導入用羽根車３２を高速回転させる事によって、溶質の液体が分断され微細となり良質なエマルジョン状態を得ることができ混合接触反応を促進することができる。例えば、Ｐｈ調整用化学薬品や医薬品の調合等、溶媒と溶質がともに液体であっても二相流接触処理装置１１を使用することができる。
【００６６】
・オゾンガスによる有効な排水の酸化分解処理を行なう事ができ、従来の塩素系の物質、例えば次亜塩素酸ソーダを用いた排水処理のように、副生成物として発ガン性物質を含んだ有機塩素系化合物が生じることがない。そのため、廃棄物の処理費用の削減、環境保護に貢献する。
【００６７】
・溶媒導入用羽根車３１は基板３１ｂの中心から外周側へ向かって形成された複数の円弧状の突条３１ａを備え、加圧兼用溶質導入用羽根車３２は中心から外周側に放射状に伸びる複数の突条３２ａを有する突条車３２ｄを備えている、このため、溶媒を溶媒導入用羽根車３１の外周側へ効果的に移動させることができるとともに、溶質を加圧兼用溶質導入用羽根車３２の外周側へ効果的に移動させることができる。
【００６８】
・冷却液タンク４３内に封入された冷却液、オイル、又は不活性な液体、又は清水の通水によって回転軸２８のメカニカルシール４２が潤滑及び冷却すれば、メカニカルシール４２の潤滑及び冷却を効率良く行なうことができ、メカニカルシール４２を小さな固形物によって摩耗・破損させることがなく、安定したシール性能を発揮させることができる。
【００６９】
なお、上記実施形態を次のように変更して具体化する事も可能である。
・回転板３２ｂと３２ａとを一体形成として、加圧兼用溶質導入用羽根車３２を構成するようにする。
上記実施形態では、回転板３２ｂと突条３２ａを備える突条車３２ｄが溶接で接合されているものであるが、突条車３２ｄのかわりに、回転板３２ｂに突条３２ａを鋳造等で一体に形成するようにしてもよい。
【００７０】
・回転板３２ｂと突条車３２ｄとを着脱自在に接合して加圧兼用溶質導入用羽根車３２を構成するようにする。
上記実施形態では、回転板３２ｂと突条車３２ｄが溶接で接合されているものであるが、回転板３２ｂと突条車３２ｄとをボルト等の固着具で着脱自在に接合して、回転板３２ｂと突条車３２ｄとが回転軸２８の軸方向に対して直列に配置して加圧兼用溶質導入用羽根車３２が構成されるようにしてもよい。
【００７１】
このとき、貫通穴１９の形状や位置の異なる回転板３２ｂと、突条３２ａの形状や間隔の異なる突条車３２ｄとを複数種類用意しておけば、取り扱う溶媒や溶質が異なる場合等、二相流接触処理装置１１の用途に応じて回転板３２ｂと突条車３２ｄとの組み合わせを適宜変更して、所望の加圧兼用溶質導入用羽根車３２を容易に作成することができる。これにより様々な溶媒や溶質に適用できる二相流接触処理装置１１を容易かつ安価に得る事ができる。
【００７２】
また、回転板３２ｂと突条車３２ｄとを着脱自在に直接固着具で接合しなくても、回転板３２ｂと突条車３２ｄとを個別にした状態で、回転板３２ｂと突条車３２ｄに回転軸２８を挿通したときに、回転軸２８と突条車３２ｄとが回転軸２８の軸方向に対して直列に配置して加圧兼用溶質導入用羽根車３２を形成するようにしてもよい。
【００７３】
・溶質として種々の気体や液体を吸引・混合し、機械的、化学的又は物理的な処理を行い移送する場合にも応用する。
前記実施形態では、金属加工工場又はメッキ工場などより排出される重金属・貴金属成分を含む排水と、オゾンガスとを混合接触させ、排水のＢＯＤ値、ＣＯＤ値の低減や、金属成分の回収を目的とした気液接触処理を行い、これを所定の場所に移送する場合について説明している。しかし、この発明による二相流接触処理装置はこのような使用に限定されるものでなく、他の気体や液体を適宜吸引・混合し、機械的、化学的又は物理的な処理を行い移送する場合にも応用することができる。
【００７４】
例えば、一般排水の活性汚泥生物処理やその前処理を行なうための追加設備として二相流接触処理装置を用いたり、池・湖沼等の溶存酸素濃度の富加・上昇を目的としたばっ気処理、固液分離を目的とした加圧浮上分離処理、及びガス吸収による化学物質の反応、又は有害なガス、例えば塩素ガス等の溶媒への回収・無害化を目的とした吸収・移送に二相流接触処理装置を用いたりする事もできる。
【００７５】
・加圧兼用溶質導入用羽根車３２の突条３２ａの形状を、使用する溶質又は要求される反応効果によって、適宜変更する。
例えば使用目的に合わせて、直線的又は円弧状にする。この様に構成した場合、最良の形状が選択でき、二相流接触処理装置としての機能を良好に発揮することができる。
【００７６】
・溶媒導入用羽根車３１の突条３１ａを溶媒の種類・時間当たりに処理を行なう量に応じて、適宜変更する。
例えば、各突条３１ａの幅を狭くしたり高さを高くしたり、突条３１ａの数を増やしたり、形状を変更したりする事で、溶媒の種類・時間当たりに処理を行なう量に応じて、渦巻きポンプとして効果的に作動させることができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る二相流接触処理装置によれば、溶質の流量が大きすぎることにより溶媒の吸引ができなくなるといった事態の発生がなくなり、確実に溶媒の吸引と、溶媒と溶質の混合処理を行なう事ができる。また、溶媒と溶質を加圧兼用溶質導入用羽根車により高い圧力で効率的に溶媒及び溶質の吸引・混合・接触を行なうことができる。さらに、外部から溶質を高圧で送り込むために昇圧装置を設けなくても、必要な吸引・混合・接触を行なうことができ、加圧兼用溶質導入用羽根車により溶媒と溶質の混合を確実に行なうことができるため、装置を小型化でき、かつ安価にすることができる。
【００７８】
また、取り扱う溶媒や溶質が異なる場合等、二相流接触処理装置の用途に応じて回転板と突条車とを適時組み合わせて、所望の加圧兼用溶質導入用羽根車を備える二相流接触処理装置を容易かつ安価に得る事ができる。
【００７９】
本発明に係る二相流接触処理方法によれば、溶媒がケーシング内部で移動することで、連続的に溶媒を空洞部内に吸引を行い、ケーシング内で移動した後の溶媒に対して溶質の混合と、混合した溶媒と溶質への加圧が行なわれるため、溶質が溶媒の移動経路の途中に滞留して溶媒の移動が阻害することがなく、その結果、溶質の流量が多くても確実に溶媒の吸引と、溶媒と溶質の混合処理を行なう事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二相流接触処理装置を示す要部を破断した正面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図１の要部部分拡大図である。
【図４】溶媒導入部側からみた溶媒導入用羽根車を示す部分拡大側断面図である。
【図５】小空洞部側から見た加圧兼用溶質導入用羽根車を示す側面図である。
【図６】二相流接触処理装置の要部分解斜視図である。
【図７】二相流接触処理装置内に導入される清水の流量と、空気の流量との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１１  二相流接触処理装置
１９  貫通穴
２２  ケーシング部
２３  溶媒導入部
２３ａ  溶媒導入用枝通路
２４  吐出管
２５  ケーシング
２５ａ  内部隔壁
２７  モーター
２８  回転軸
２９  逆止弁
３０  空洞部
３０ａ  溶媒供給穴
３１  溶媒導入用羽根車
３１ａ，３２ａ  突条
３１ｂ  基板
３１ｃ，３２ｃ，３４ａ，４７ａ  軸孔
３２  加圧兼用溶質導入用羽根車
３２ｂ  回転板
３２ｄ  突条車
３３  円形皿部材
３３ａ，３３ｂ  貫通孔
３４  蓋部材
３４ｂ  溶質導入通路
３５  Ｏリング
３７  小空洞部
３８  溶質導入口部材
３９  環状混合室
４０  一次圧縮室
４１  冷却室
４２  メカニカルシール
４３  冷却液タンク
４４  連通管
４４ａ  分岐管
４５  オイルシール
４６  円管
４６ａ，４６ｂ  冷却液通路
４７  蓋
４８  吐出口
４９  吐出室
４９ａ  吐出用枝通路
５０  回転軸支持部
５１  軸連結部
【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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【図７】
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