(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムであって、
前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、
前記混合装置内に前記水溶性ガスを含んだ水を供給するための１基の第１エゼクタと、
前記混合装置内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記混合装置内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、前記混合装置内に再び供給するための１基又は複数基の第２エゼクタとを備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記混合装置の内部の上方の箇所が、１又は複数の仕切り板によって複数の区域に分割されており、
前記各区域内の水位面より上方の箇所に存在する前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記第２エゼクタによって吸入して水を含ませた後、隣接する区域に再び供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記仕切り板の各々に、１又は複数の開口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムであって、
前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、
前記混合装置の内部に垂直方向に互いに間隔を隔てて配置され、底部が開放したＰ個（Ｐは２又はそれ以上の整数）の処理部（上方から下方に向かって順に、第１処理部、第２処理部、・・・、第Ｐ処理部）と、
前記処理部のうち対応する処理部の内部に水溶性ガスを供給するＰ個（Ｐは２又はそれ以上の整数）のエゼクタ（上方から下方に向かって順に、第１エゼクタ、第２エゼクタ、・・・、第Ｐエゼクタ）とを備え、
前記第１エゼクタによって、前記第１処理部内に前記水溶性ガスを含んだ水が供給され、前記第２エゼクタによって、前記第１処理部内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記第１処理部内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、対応する第２処理部内に供給し、次いで順次、下方に隣接するエゼクタによって、上方に隣接する処理部内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記上方に隣接する処理部内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、対応する処理部内に供給するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記処理部の各々の水位面より上方に存在する水溶性ガスの量が一定になるように制御するための制御装置を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムであって、
前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、
前記混合装置内に前記水溶性ガスを含んだ水を供給するためのエゼクタとを備え、
前記混合装置内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記混合装置内の水位面より上方の箇所から前記エゼクタによって吸入して水を含ませた後、前記混合装置内に再び供給するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記水溶性ガスが、オゾンガス、窒素ガス、酸素ガス、又は空気であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、ガス混合システムに関する。より詳細には、本発明は、生成される水溶性ガス（例えば、オゾンガス、窒素ガス、酸素ガス、空気）の無駄を少なくすることができるガス混合システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
濾過システムにおいて、殺菌や脱色などのため、被処理水にオゾンを混入することが一般的に行われている。従来の濾過システムにおけるオゾンを供給する方法について、図７を参照して説明する。まず、ポンプ１００で加圧した水をエゼクタ１０２に送り、エゼクタ１０２は、オゾンガス発生器１０４で作られるオゾンガスを吸入する。図７に示される例では、ポンプ１００に入る水は、濾過装置１０６の出口側から取水されたものとして図示されているが、他の個所から取水したものでもよい。オゾンが混入された水は、多量の気泡を含んだ状態で気水分離機１０８に入る。気水分離機１０８で気泡を分離すると、オゾンが溶解したオゾン水が生成される。オゾンの溶解量は通常、あまり多くはなく、溶解しなかったオゾンは、廃オゾンとしてオゾン分解装置１１０で酸素に分解して排気される。オゾン水は、濾過装置１０６の入口側に注入するのが一般的である。
【０００３】
また、濾過システムにおいて、種々の理由のため、オゾンガス以外の水溶性ガス（例えば、窒素ガス、酸素ガス、空気など）を被処理水に混入することも行われている。これらの水溶性ガスも、上述のオゾンガスの場合と同様に、溶解量があまり多くはなく、溶解しなかった水溶性ガスは、廃ガスとして廃棄されているのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の方式では、濾過装置の他に、気水分離機を設置しなければならず、濾過システム全体が大型化するという不都合がある。また、従来の濾過システムは、多量のガス（例えば、オゾンガス）を無駄に排気しているという弊害がある。さらに、水に溶解しているオゾン等は、急速に分解するので、オゾン等が濾過装置に到達する時点では、溶解量のうち何％かは消滅してしまっているという不都合がある。
【０００５】
したがって、本発明は、生成される水溶性ガスの無駄を少なくすることができるコンパクトなガス混合システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、前記混合装置内に前記水溶性ガスを含んだ水を供給するための１基の第１エゼクタと、前記混合装置内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記混合装置内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、前記混合装置内に再び供給するための１基又は複数基の第２エゼクタとを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項２に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記請求項１のシステムにおいて、前記混合装置の内部の上方の箇所が、１又は複数の仕切り板によって複数の区域に分割されており、前記各区域内の水位面より上方の箇所に存在する前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記第２エゼクタによって吸入して水を含ませた後、隣接する区域に再び供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項３に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記請求項２のシステムにおいて、前記仕切り板の各々に、１又は複数の開口が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項４に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、前記混合装置の内部に垂直方向に互いに間隔を隔てて順に配置され、底部が開放したＰ個（Ｐは２又はそれ以上の整数）の処理部（上方から下方に向かって順に、第１処理部、第２処理部、・・・、第Ｐ処理部）と、前記処理部のうち対応する処理部の内部に水溶性ガスを供給するＰ個（Ｐは２又はそれ以上の整数）のエゼクタ（上方から下方に向かって順に、第１エゼクタ、第２エゼクタ、・・・、第Ｐエゼクタ）とを備え、前記第１エゼクタによって、前記第１処理部内に前記水溶性ガスを含んだ水が供給され、前記第２エゼクタによって、前記第１処理部内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記第１処理部内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、対応する第２処理部内に供給し、次いで順次、下方に隣接するエゼクタによって、上方に隣接する処理部内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、当該処理部内の水位面より上方の箇所から吸入して水を含ませた後、対応する処理部内に供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項５に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記請求項４のシステムにおいて、前記処理部の各々の水位面より上方に存在する水溶性ガスの量が一定になるように制御するための制御装置を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項６に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記水溶性ガスを混合しようとする水が貯留された混合装置と、前記混合装置内に前記水溶性ガスを含んだ水を供給するためのエゼクタとを備え、前記混合装置内に供給された前記水溶性ガスのうち水に溶解しなかった水溶性ガスを、前記混合装置内の水位面より上方の箇所から前記エゼクタによって吸入して水を含ませた後、前記混合装置内に再び供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項７に記載の、水に水溶性ガスを混合するためのガス混合システムは、前記請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記水溶性ガスが、オゾンガス、窒素ガス、酸素ガス、又は空気等の水溶性ガスであることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、水溶性ガスのうちオゾンガスを例として、本発明の第１及び第２の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス混合システムを示した概略図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の第１の実施の形態に係るガス混合システムは、混合装置１２を備えており、混合装置１２の内部には、濾材１２ａが収容され、濾材１２ａの上方には、上部分１２ｂが位置している。
【００１７】
ガス混合システム１０は又、加圧水を供給する手段、例えばポンプ１４と、２つのエゼクタ、即ち第１エゼクタ１６及び第２エゼクタ１８とを備えている。ポンプ１４は、第１管路２０を介して混合装置１２の出口側と連通している。一方、第１エゼクタ１６は、第２管路２２を介してポンプ１４と連通しており、第２エゼクタ１８は、第２管路２２から分岐した第３管路２４を介してポンプ１４と連通している。第１エゼクタ１６及び第２エゼクタ１８から混合装置１２の上部分１２ｂの水位面下の個所に、第４管路２６及び第５管路２８がそれぞれ延びている。
【００１８】
ガス混合システム１０は又、オゾンガス供給源即ちオゾン発生器３０を備えており、オゾン発生器３０は、第６管路３２を介して第１エゼクタ１６と連通している。また、第２エゼクタ１８は、第７管路３４を介して混合装置１２の水位面上の個所と連通している。
【００１９】
ガス混合システム１０は更に、オゾン分解装置３６を備えており、オゾン分解装置３６は、第８管路３８を介して混合装置１２の水位面上の個所と連通している。
【００２０】
以上のように構成されたガス混合システム１０の作動について説明する。ポンプ１４を運転すると、ポンプ１４で加圧された水が第１エゼクタ１６に送られる。第１エゼクタ１６は、オゾン発生器３０で作られるオゾンガスを吸入し、水に混入してオゾン水を生成する。このようにして生成されたオゾン水は、第４管路２６を介して混合装置１２の上部分１２ｂ内に供給されるが、このとき供給されたオゾンガスの多くは水に溶解しないので、廃オゾンガスとして混合装置１２の上部分１２ｂ（図１において破線で示される水位の上方）に堆積する。堆積した廃オゾンガスは、第７管路３４を介して第２エゼクタ１８によって吸入され、第２エゼクタ１８において水と混入してオゾン水とされた後、第５管路２８を介して混合装置１２の上部分１２ｂ内に供給される。このようにして、廃オゾンガスを再利用し、廃オゾンガスの濃度を減少させることができる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るガス混合システム４０を示した概略図である。ガス混合システム４０は、混合装置の上部分に１又は複数の仕切り板が設けられている点を除いて、ガス混合システム１０と実質的に同一である。より詳細に説明すると、ガス混合システム４０は、内部に濾材４２ａが収容され、濾材４２ａの上方に上部分４２ｂが位置する混合装置４２と、加圧水を供給する手段、例えばポンプ４４と、３つのエゼクタ、即ち第３エゼクタ４６、第４エゼクタ４７及び第５エゼクタ４８と、オゾン発生器６０と、オゾン分解装置６６とを備えている。そして、ポンプ４４は、第１１管路５０を介して混合装置４２の出口側と連通し、第３エゼクタ４６、第４エゼクタ４７及び第５エゼクタ４８は、第１２管路５２、第１３管路５３及び第１４管路５４を介してポンプ４４とそれぞれ連通している。混合装置４２の上部分４２ｂのうち混合装置４２の頂壁４２ｃに隣接した部分は、頂壁４２ｃから垂下する２つの仕切り板４３によって分割され、３つの区域、即ち第１区域Ｚ1 、第２区域Ｚ2 及び第３区域Ｚ3 が形成されている。各仕切り板４３の下端は、少なくとも水位面の下に位置し、第３エゼクタ４６、第４エゼクタ４７及び第５エゼクタ４８から、仕切り板４３によって分割された各区域Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 の水位面下の個所に、第１４管路５６、第１５管路５７及び第１６管路５８がそれぞれ延びている（図３参照）。オゾン発生器６０は、第１７管路６２を介して第３エゼクタ４６と連通し、第４エゼクタ４７は、第１８管路６３を介して第１区域Ｚ1 の水位面上の個所と連通し、第５エゼクタ４８は、第１９管路６４を介して第２区域Ｚ2 の水位面上の個所と連通し、オゾン分解装置６６は、第２０管路６８を介して第３区域Ｚ3 の水位面上の個所と連通している。
【００２２】
以上のように構成されたガス混合システム４０の作動について説明する。ポンプ４４を運転すると、ポンプ４４で加圧された水が第３エゼクタ４６に送られる。第３エゼクタ１６は、オゾン発生器６０で作られるオゾンガスを吸入し、水に混入してオゾン水を生成する。このようにして生成されたオゾン水は、第１４管路５６を介して混合装置１２の第１区域Ｚ1 内に供給されるが、上述のように、供給されたオゾンガスの多くは水に溶解しないので、廃オゾンガスとして第１区域Ｚ1 の上方（図２（ａ）において破線で示される水位面の上方）に堆積する。堆積した廃オゾンガスは、第１８管路６３を介して第４エゼクタ４７によって吸入され、第４エゼクタ４７において水と混入してオゾン水とされた後、第１５管路５７を介して第２区域Ｚ2 内に供給される。さらに、第２区域Ｚ2 の上方に堆積した廃オゾンガスは、第１９管路６４を介して第５エゼクタ４８によって吸入され、第５エゼクタ４８において水と混入してオゾン水とされた後、第１６管路５８を介して第３区域Ｚ3 内に供給される。そして、このような操作を繰り返すことにより、廃オゾンガスの量は、著しく減少する。
【００２３】
次に、水溶性ガスのうち窒素ガスを例として、本発明の第３の実施の形態に係るガス混合システムについて説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態に係るガス混合システム７０を示した概略図である。ガス混合システム７０は、ガス混合システム１０、４０と異なり、複数のエゼクタ（図４では２つ）が垂直方向に互いに間隔を隔てて（換言すると、混合装置内の異なる高さのところに）順に配置されている。より詳細に説明すると、ガス混合システム７０は、混合装置７２を備えており、混合装置７２の底部に被処理液流入口７２ａ、側壁上部に被処理液流出口７２ｂ、及び頂部に排気口７２ｃがそれぞれ設けられている。ガス混合システム７０は又、混合装置７２の内部に配置された第１処理部７４と、混合装置７２の内部の第１処理部７４の下方の個所に配置された第２処理部７６とを備えている。第１処理部７４と第２処理部７６は各々、頂壁７４ａ、７６ａと側壁７４ｂ、７６ｂとによって形成され、底部が開放している。ガス混合システム７０は更に、第１処理部７４に隣接して配置された第１エゼクタ７８と、第２処理部７６に隣接して配置された第２エゼクタ８０とを備えている。第１エゼクタ７８には、窒素ガス流入管路８２と液流入管路８４とが接続されており、第２エゼクタ８０には、液流入管路８４から分岐した液流入管路８６が接続されている。また、第１処理部７４の上部と第２エゼクタ８０は、管路８８を介して連通している。さらに、好ましくは、第１処理部７４と第２処理部７６は、管路９０等の連通路を介して連通しており、連通路９０には、詳細には後述するように、処理部７４、７６の上部に堆積するガスの量が一定になるように制御するための制御装置９２が介在されている。
【００２４】
なお、図４に示される形態では、エゼクタ７８、８０は、混合装置７２の内部に配置された状態で示されているが、エゼクタ７８、８０を混合装置７２の外部に配置し、各エゼクタから対応する処理部の底部に隣接する個所まで管路（図示せず）を延ばして、各処理部に窒素ガス等を供給するように構成してもよい。
【００２５】
以上のように構成されたガス混合システム７０の作動について説明する。混合装置７２内には、被処理液流入口７２ａを介して、窒素ガスを混入しようとする水が供給されている。まず、窒素ガス流入管路８２を介して窒素ガスが、液流入管路８４を介して加圧水が、第１エゼクタ７８にそれぞれ送られ、窒素ガスが混入された水が、第１処理部７４の開放した底部から第１処理部７４内に供給される。上述のように、窒素ガスの多くは水に溶解しないので、廃ガスとして第１処理部７４の上部に堆積する。堆積した窒素ガスは、管路８８を介して第２エゼクタ８０に吸入され、第２エゼクタ８０において水と混入した後、第２処理部７６の開放した底部から第２処理部７６内に供給されるが、溶解しなかった窒素ガスは、第２処理部７６の上部に堆積する。第１処理部７４に堆積したガスの窒素濃度の方が、第２処理部７６に堆積したガスの窒素濃度よりも大きい。ガスの水への混入は、混入しようとするガスの濃度と水中のガス飽和度の差が大きい方が、水中のガス濃度を高くし易い。被処理液流出口７２ｂが被処理液流入口７２ａよりも上方に位置する図４に示される例では、流入口のガス飽和度が低いので、低濃度ガスでも溶解し易く、液体は、流出口に向かってガス濃度が徐々に高くなるが、混合するガスの濃度も高くなるので、ガス溶解性は高く維持される。
【００２６】
なお、第１処理部７４の上部に堆積した窒素ガスが、第２エゼクタ８０に吸入され過ぎると、第１処理部７４の水位面が上昇する事態が生ずるが、管路９０及び制御装置９２を設けることにより、第１処理部７４の水位面が一定の高さを保持することが可能になる。
【００２７】
また、図４に示した例では、第１処理部７４及び第１エゼクタ７８を第２処理部７６及び第２エゼクタ８０の上方に配置しているが、被処理液流出口を被処理液流入口の下方に配置し、第１処理部７４及び第１エゼクタ７８を第２処理部７６及び第２エゼクタ８０の下方に配置してもよい。
【００２８】
図５は、ガス混合システム７０の変形形態を示した概略図である。ガス混合システム７０の処理部７４、７６は底部が開放しているが、図５に示されるように、処理部の側部を開放した形態にしてもよい。また、処理部を連通させる手段（連通路）として、管路の代わりに、外部水路を設けてもよい。
【００２９】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３０】
例えば、前記実施の形態においては、エゼクタは、混合装置の外部に配置されているが、エゼクタが、混合装置の内部に配置されるように構成してもよい。また、エゼクタの配置数が、第１の実施の形態では２つ、第２の実施の形態では３つとして説明されているが、これらの説明に限定されることなく、２又はそれ以上の個数のエゼクタを配置してもよい。
【００３１】
また、前記第１の実施の形態においてエゼクタの配置数を１個としてもよい。エゼクタの配置数が１個の場合の変形形態は、図６に示されるように、オゾン発生器３０と連通しているエゼクタ２０から、混合装置１２の上部分１２ｂの水位面下の個所、及び、混合装置１２の水位面上の個所に、管路２６、３４がそれぞれ延びている点を除いて、図１に示されるガス混合システムと実質的に同一である。
【００３２】
また、各区域間においてガスが往来することができるように、仕切り板４３に、１又は複数（図２（ｂ）では３つ）の孔、隙間などの開口４３ａを設けてもよい。
【００３３】
また、オゾン混合・濾過システムを効率的に作動させるため、混合装置の頂部に位置するオゾンガスの溜まり部分（即ち、仕切り板で分割された区域の水位面上の部分）の容積、換言すると、オゾンガスの量を自動的に制御することができるように構成してもよい。
【００３４】
さらに、前記実施の形態では、混合装置１２、４２内に濾材１２ａ、４２ａが収容されているが、濾材を収容すると濾過システムとして使用することができ、濾材を収容せずに空の状態で作動させると、高性能のガス混合システム（ガスミキサ）として使用することができる。
【００３５】
本明細書で使用される語「エゼクタ」は、圧力を利用して気体、気液混合液、又は液体を吸い込んで混合する装置を意味しており、いわゆるエゼクタノズルを含むものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、気水分離装置を設ける必要がなくなるので、ガス混合システムをコンパクトにし、かつ、製造コストを低減させることができる。また、ガスの濃度を低下させることができ、これにより、生成されるガスの無駄を少なくすることが可能になる。
【００３７】
本発明のシステムにおいて、ガスとしてオゾンガスを使用すると、上述のように、殺菌や脱色に有効である。また、本発明のシステムにおいて、ガスとして窒素ガスを使用すると、配管の防錆や、電子装置の製造時の洗浄水として使用することによる電子基板の仕上がりの向上等の効果が期待できる。さらに、本発明のシステムにおいて、ガスとして酸素ガスや空気を使用することにより、魚の養殖や魚の運搬等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るガス混合システムを示した概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るガス混合システムを示した概略図、（ｂ）は（ａ）のシステムに設けられる仕切り板を示した斜視図である。
【図３】図２（ａ）のシステムを示した概略平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るガス混合システムを示した概略図である。
【図５】図４のガス混合システムの変形形態を示した概略図である。
【図６】単一のエゼクタが設置された本発明のガス混合システムの変形形態を示した概略図である。
【図７】従来の濾過システムを示した概略図である。
【符号の説明】
１０、４０、７０  ガス混合システム
１２、４２、７２  混合装置
１４、４４  加圧水を供給する手段（ポンプ）
１６、１８、４６、４７、４８、７８、８０  エゼクタ
３０、６０  オゾン発生器
３６、６６  オゾン分解装置
４３  仕切り板
【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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