特開 2023-110186 気体溶解液生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110186

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】気体溶解液生成装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/10 20220101AFI20230802BHJP

   B01F 21/00 20220101ALI20230802BHJP

   B01F 23/23 20220101ALI20230802BHJP

   B01F 25/21 20220101ALI20230802BHJP

   B01F 35/75 20220101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

B01F5/00 G

B01F1/00 A

B01F3/04 A

B01F5/02 A

B01F15/02 C

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011469

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】517205435

【氏名又は名称】穂栄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100219483

【弁理士】

【氏名又は名称】宇野 智也

(72)【発明者】

【氏名】手柴 一郎

(72)【発明者】

【氏名】田仲 康矢

(72)【発明者】

【氏名】宮田 雅文

(72)【発明者】

【氏名】中村 圭史

【テーマコード（参考）】

4G035

4G037

【Ｆターム（参考）】

4G035AA01

4G035AB15

4G035AC15

4G035AC44

4G035AE13

4G037AA11

4G037EA01

(57)【要約】

【課題】大量の気体が溶解した液体を効率良く、安定的に生成することができる気体溶解液生成装置を提供する。
【解決手段】酸素溶解水生成装置１００は、酸素溶解水ＯＷを収容可能な気液接触槽１と、気液接触槽１内に配置され気液接触槽１外から供給される水Ｗと酸素Ｏ₂とを混合して気液接触槽１内に微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷを吐出する微細気泡発生器２と、気液接触槽１外から微細気泡発生器２に水Ｗを供給する液体導入経路３と、気液接触槽１外から微細気泡発生器２に酸素Ｏ₂を供給する気体導入経路４と、微細気泡発生器２から気液接触槽１内に吐出された微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷから形成された酸素溶解水ＯＷを気液接触槽１外へ排出する排液経路５と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を収容可能な気液接触槽と、前記気液接触槽内に配置され前記気液接触槽の外部から供給される液体と気体とを混合して前記気液接触槽内に微細気泡混じりの液体を吐出する微細気泡発生器と、前記気液接触槽外から前記微細気泡発生器に液体を供給する液体導入経路と、前記気液接触槽外から前記微細気泡発生器に気体を供給する気体導入経路と、前記微細気泡発生器から前記気液接触槽内に吐出された微細気泡混じりの液体から形成された気体溶解液を前記気液接触槽外へ排出する排液経路と、を備え、
前記微細気泡発生器が、気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、前記液体導入経路を経由して供給される液体を前記気液旋回室内に噴出する液体噴出口と、前記気体導入経路を経由して供給される気体を前記気液旋回室内に噴出する気体噴出口と、前記気液旋回室内の微細気泡混じりの液体を前記気液接触槽内に吐出する気液吐出口と、を備えた気体溶解液生成装置。

【請求項2】

前記微細気泡発生器の気液旋回室の中心軸に対し捻じれの位置をなす方向へ液体を噴出する位置に前記液体噴出口を設けた請求項１記載の気体溶解液生成装置。

【請求項3】

前記微細気泡発生器の気液噴出口を重力方向に向けて配置した請求項１または２記載の気体溶解液生成装置。

【請求項4】

前記排液経路の上流側の開口部を、反重力方向に向けた状態で前記気液接触槽内に配置した請求項１～３の何れかの項に記載の気体溶解液生成装置。

【請求項5】

前記気液接触槽を気密構造とし、且つ、前記気液接触槽内の上部に滞留する未溶解気体を前記気液接触槽外に排出する排気手段を設けた請求項１～４の何れかの項に記載の気体溶解液生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水やその他の液体に酸素や空気などの気体を溶解させて気体溶解液を生成する気体溶解液生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明に係る気体溶解液生成装置と同様、酸素や空気などの気体を水に溶解させて気体溶解水を生成する機能を有する装置として、例えば、特許文献１に記載された「微細気泡発生装置」が知られている。

【0003】

特許文献１に記載された「微細気泡発生装置」は、気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、前記気液旋回室内へ液体を導入して前記気液旋回室内に液体旋回流を発生させるため前記気液旋回室の基端側に配置された液体導入手段と、前記気液旋回室へ気体を供給するため前記気液旋回室に連通して設けられた気体導入手段と、前記気液旋回室内の気液を吐出するため前記気液旋回室の先端側に配置された気液吐出口と、前記気液吐出口から吐出される気液を導入する気液接触室と、前記気液接触室内の気液を排出する気液排出口と、を備えたことを特徴とする。

【0004】

特許文献１に記載された「微細気泡発生装置」を使用することにより、空気や酸素などの気体が溶解した気体溶解水を生成することができ、この気体溶解水は植物栽培用水や魚介類養殖用水などの用途に広く利用することができ、植物の成長や魚介類の生育に良い影響を与えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７６５７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された「微細気泡発生装置」は、微細気泡が溶解した液体（気体溶解液）を効率良く生成することができ、設置に要するスペースや配管資材を大幅に削減することができるなどの長所を有しているが、気体溶解液の生成効率の向上は、今後も引き続き重要な課題である。

【0007】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、大量の気体が溶解した液体を効率良く、安定的に生成することができる気体溶解液生成装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る気体溶解液生成装置は、液体を収容可能な気液接触槽と、前記気液接触槽内に配置され前記気液接触槽の外部から供給される液体と気体とを混合して前記気液接触槽内に微細気泡混じりの液体を吐出する微細気泡発生器と、前記気液接触槽外から前記微細気泡発生器に液体を供給する液体導入経路と、前記気液接触槽外から前記微細気泡発生器に気体を供給する気体導入経路と、前記微細気泡発生器から前記気液接触槽内に吐出された微細気泡混じりの液体から形成された気体溶解液を前記気液接触槽外へ排出する排液経路と、を備え、
前記微細気泡発生器が、気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、前記液体導入経路を経由して供給される液体を前記気液旋回室内に噴出する液体噴出口と、前記気体導入経路を経由して供給される気体を前記気液旋回室内に噴出する気体噴出口と、前記気液旋回室内の微細気泡混じりの液体を前記気液接触槽内に吐出する気液吐出口と、を備えたことを特徴とする。

【0009】

前記気体溶解液生成装置においては、前記微細気泡発生器の気液旋回室の中心軸に対し捻じれの位置をなす方向へ液体を噴出する位置に前記液体噴出口を設けることができる。

【0010】

前記気体溶解液生成装置においては、前記微細気泡発生器の気液噴出口を重力方向に向けて配置することができる。

【0011】

前記気体溶解液生成装置においては、前記排液経路の上流側の開口部を、反重力方向に向けた状態で前記気液接触槽内に配置することができる。

【0012】

前記気体溶解液生成装置においては、前記気液接触槽を気密構造とし、且つ、前記気液接触槽内の上部に滞留する未溶解気体を前記気液接触槽外に排出する排気手段を設けることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、大量の気体が溶解した液体を効率良く、安定的に生成することができる気体溶解液生成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態である酸素溶解水生成装置を示す一部省略垂直断面図である。

【図2】図１中のＡ－Ａ線における一部省略水平断面図である。

【図3】図１に示す酸素溶解水生成装置の使用状態を示す一部省略概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図１～図３に基づいて、本発明に係る気体溶解液生成装置の実施形態の一つである酸素溶解水生成装置１００について説明する。

【0016】

図１に示すように、酸素溶解水生成装置１００は、酸素溶解水ＯＷを収容可能な気液接触槽１と、気液接触槽１内に配置され気液接触槽１外から供給される水Ｗと酸素Ｏ₂とを混合して気液接触槽１内に微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷを吐出する微細気泡発生器２と、気液接触槽１外から微細気泡発生器２に水Ｗを供給する液体導入経路３と、気液接触槽１外から微細気泡発生器２に酸素Ｏ₂を供給する気体導入経路４と、微細気泡発生器２から気液接触槽１内に吐出された微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷから形成された酸素溶解水ＯＷを気液接触槽１外へ排出する排液経路５と、を備えている。気液接触槽１外に露出する液体導入経路３の途中には逆止弁７が配置され、気液接触槽１外に露出する排液経路５の途中には流量調整バルブ８が配置されている。

【0017】

気液接触槽１は、円筒状の周壁部１ａと、周壁部１ａの下面を閉塞する底板部１ｂと、周壁部１ａの上面を閉塞する天板部１ｃと、を備え、気密構造をなしている。気液接触槽１の周壁部１ａの天板部１ｃ寄りの部分には、エルボー形状の排気管６ａが接続され、排気管６ａの起立部の上方に排気手段６が設けられている。排気手段６は排気管６ａを介して、気液接触槽１の内部と連通している。後述するように、排気手段６は、気液接触槽１内の上部（天板部１ｃ寄りの部分）に滞留する未溶解気体を気液接触槽１外に排出する機能を有している。

【0018】

微細気泡発生器２は、気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室２１と、液体導入経路３を経由して供給される水Ｗを気液旋回室２１内に噴出する複数の液体噴出口２２と、気体導入経路４を経由して供給される酸素Ｏ₂を気液旋回室２１内に噴出する気体噴出口４ａと、気液旋回室２１内に形成された微細気泡混じりの水ＭＢＷを気液接触槽１内に吐出する気液吐出口２３と、を備えている。

【0019】

微細気泡発生器２は、円筒状のケーシング２０と、ケーシング２０の上面を閉塞する上部隔壁２０ａを貫通して気液旋回室２１内に垂下するように配置された円筒状の液体導入部２４と、を備えている。ケーシング２０の下面は下部隔壁２０ｂで閉塞され、下部隔壁２０ｂの中心に気液吐出口２３が開設されている。ケーシング２０の内径は液体導入部２４の外径より大であり、液体導入部２４の中心軸（図示せず）は気液旋回室２１の中心軸２１ｃと同一であり、液体導入部２４はケーシング２０と同軸をなすように配置されている。

【0020】

液体導入部２４の下面は下部隔壁２４ｂで閉塞され、液体導入部２４の上方は、気液接触槽１の周壁部１ａを貫通して気液接触槽１内に配設された液体導入経路３のエルボー部３ａに接続されている。円筒状をなす液体導入部２４の周壁部２４ａの下部隔壁２４ｂ寄りの部分には複数の液体噴出口２２が開設されている。図２に示すように、複数の液体噴出口２２は、微細気泡発生器２の気液旋回室２１の中心軸２１ｃに対し捻じれの位置をなす方向に沿って液体を噴出する位置に開設されている。

【0021】

気体導入経路４は、気液接触槽１の天板部１ｃを貫通して気液接触室１内に垂下し、液体導入経路３の周壁部３ｂを貫通して液体導入部２４内に入り、気液旋回室２１の中心軸２１ｃと同軸をなすように配置され、気体導入経路４の下端部側（気体噴出口４ａ側）は液体導入部２４の下部隔壁２４ｂを貫通して気液旋回室２１内に突出し、気体噴出口４ａは気液旋回室２１内の中心軸２１ｃ上に位置している。

【0022】

図１に示すように、酸素溶解水生成装置１００においては、微細気泡発生器２は気液接触槽１内の底板部１ｂ寄りの部分に、気液吐出口２３を重力方向（底板部１ｂ方向）に向けた状態で配置されている。また、酸素溶解水生成装置１００においては、排液経路５の上流側を気液接触槽１内に垂直起立状に配置するとともに、排液経路５の開口部５ａを気液接触槽１内の天板部１ｃ寄りの部分に反重力方向（天板部１ｃ方向）に向いた状態で配置することにより下向流気泡分離経路を形成している。

【0023】

次に、図３に基づいて、図１に示す酸素溶解水生成装置１００の使用事例について説明する。図３に示すように、酸素溶解水生成装置１００の液体導入経路３の上流側は送水ポンプ９を介して灌漑用水や井戸などの水源（図示せず）に接続され、排液経路５の下流側は所定の灌漑設備（図示せず）に延設されている。また、気体導入経路４の上流側は酸素ガス調整器１１を経由して酸素ボンベ１０に接続されている。

【0024】

図３中に示す酸素溶解水生成装置１００に対し、送水ポンプ９を稼働させて液体導入経路３を経由して水Ｗを供給するとともに、酸素ガス調整器１１を調整して酸素ボンベ１０から気体導入経路４を経由して酸素Ｏ₂を供給すると、図１，図２に示すように、水Ｗは微細気泡発生器２の液体導入部２４内に流入した後、複数の液体噴出口２２を通過して気液旋回室２１内に噴出し、酸素Ｏ₂は気体導入経路４の下端部分の気体噴出口４ａから気液旋回室２１内に噴出する。

【0025】

このとき、複数の液体噴出口２２から噴出する水Ｗは気液旋回室２１の中心軸２１ｃに対し捻じれの位置をなす方向に沿って噴出するので、気液旋回室２１内にはその中心軸２１ｃの周りを回転する旋回流Ｓが形成され、気体噴出口４ａから噴出する酸素Ｏ₂は旋回流Ｓの中心付近に供給される。

【0026】

このように、気液旋回室２１内に形成された旋回流Ｓに対して気体噴出口４ａから酸素Ｏ₂が供給されると、気液旋回室２１内を旋回しながら下方へ移動した水Ｗ及び酸素Ｏ₂が、気液旋回室２１の下部隔壁２０ｂの気液吐出口２３を通過するときに水Ｗ中に酸素Ｏ₂を含む大量の微細気泡ＭＢが発生し、これによって形成された微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷが気液接触槽１内へ流入する。

【0027】

気液接触槽１内へ流入した微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷは気液接触槽１内を上昇していくが、この過程において微細気泡ＭＢ中の酸素Ｏ₂が水Ｗに溶解していくことにより酸素溶解水ＯＷとなり、排液経路５の上端の開口部５ａから排液経路５内に流入し、排液経路５内を下降して気液接触槽１外の排液経路５内を流動していき、所定の灌漑設備（図示せず）などに送給される。

【0028】

酸素溶解水生成装置１００で生成された酸素溶解水ＯＷの用途は限定されないので、植物栽培用水や魚介類養殖用水などの用途に広く利用することができ、植物の成長を促進させたり、魚介類の生育状態を向上させたりすることができる。

【0029】

微細気泡ＭＢ混じりの水ＭＢＷが気液接触槽１内を流動するとき、余剰な酸素Ｏ₂ガスは浮力を有する大型気泡１２となり、排液経路５内を下降する酸素溶解水ＯＷから分離して上昇していき、気液接触槽１の天板部１ｃの下面の気体溜り１ｄに貯留される。気体溜り１ｄに貯留されていく未溶解の酸素Ｏ₂ガスの体積が増加して気液接触槽１内の水面１３が、排気管６ａと周壁部１ａとの接続部分より低くなると、気体溜り１ｄに存在する未溶解の酸素Ｏ₂ガスは排気管６ａを通過して排気手段６から大気中に排出される。

【0030】

このように、気体溜り１ｄに存在する未溶解の酸素Ｏ₂ガスが一定量を超えると排気管６ａを通過して排気手段６から大気中に排出されるので、気体溜り１ｄに貯留された未溶解の酸素Ｏ₂ガスが気体塊となって排液経路５の開口部５ａから排出されるのを防止することができる。

【0031】

酸素溶解水生成装置１００においては、液体導入経路３の途中に逆止弁７を配置しているので、酸素ボンベ１０から気体導入経路４を経由して加圧状態で微細気泡発生器２に供給される酸素Ｏ₂ガスが液体導入経路３の上流側へ逆流するのを防止することができる。

【0032】

酸素溶解水生成装置１００においては、排液経路５の途中に流量調整バルブ８を配置しているので、流量調整バルブ８で排液経路５内の流量を調整することにより、気液接触槽１内の水圧を一定値に保持することができ、これにより酸素溶解水ＯＷの酸素溶解率を一定に維持することができる。このように、酸素溶解水生成装置１００を使用することにより、大量の酸素が溶解した酸素溶解水ＯＷを効率良く、安定的に生成することができる。

【0033】

なお、酸素溶解水生成装置１００は、酸素Ｏ₂ガスを水Ｗに溶解させて酸素溶解水ＯＷを生成する機能を有しているが、これに限定するものではなく、酸素Ｏ₂ガス以外の気体を水Ｗ以外の液体に溶解して気体溶解水を生成することもできる。また、図１～図３に基づいて説明した酸素溶解水生成装置１００は、本発明に係る気体溶解水生成装置の一例を示すものであり、本発明に係る気体溶解水生成装置は、前述した酸素溶解水生成装置１００に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本発明に係る気体溶解水生成装置は、農林業、畜産業、水産業などの産業分野において、広く利用することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ 気液接触槽
１ａ，３ｂ，２４ａ 周壁部
１ｂ 底板部
１ｃ 天板部
１ｄ 気体溜り
２ 微細気泡発生器
３ 液体導入経路
３ａ エルボー部
４ 気体導入経路
４ａ 気体噴出口
５ 排液経路
５ａ 開口部
６ 排気手段
６ａ 排気管
７ 逆止弁
８ 流量調整バルブ
９ 送水ポンプ
１０ 酸素ボンベ
１１ 酸素ガス調整器
１２ 大型気泡
１３ 水面
２０ ケーシング
２０ａ 上部隔壁
２０ｂ，２４ｂ 下部隔壁
２１ 気液旋回室
２１ｃ 中心軸
２２ 液体噴出口
２３ 気液吐出口
２４ 液体導入部
１００ 酸素溶解水生成装置
ＭＢ 微細気泡
ＭＢＷ 微細気泡混じりの水
ＯＷ 酸素溶解水
Ｓ 旋回流
Ｗ 水

【図1】

【図2】

【図3】