特開 2024-14395 気体溶解装置

(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】P2024014395

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】気体溶解装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/10 20220101AFI20240125BHJP

   B01F 21/20 20220101ALI20240125BHJP

   B01F 23/232 20220101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B01F25/10

B01F21/20

B01F23/232

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022117184

(22)【出願日】2022-07-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】520376579

【氏名又は名称】株式会社クリーンテックサービス東京

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】徳永 晋

(72)【発明者】

【氏名】山口 順悦

(72)【発明者】

【氏名】藤塚 久典

【テーマコード（参考）】

4G035

【Ｆターム（参考）】

4G035AA01

4G035AB15

4G035AC44

(57)【要約】

【課題】 上記点より本発明は、ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量をさらに効率よく上昇させる気体溶解装置を提供する。
【解決手段】気体溶解装置１は筒体２とその筒体２の両開口をそれぞれ閉塞する板体３とからなる処理空間４と、筒体２に設けられ気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５と、筒体２に設けられ気液混合流体を処理空間４から排出する排出口６とを有し、気液混合流体の一部が処理空間４内において流出口５から排出口６に至るまで螺旋旋回するようになっている。螺旋旋回する気液混合流体にせん断力を付与するせん断部３１―１～３１―４が処理空間４内に設けられている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、
前記筒体に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が前記処理空間に流入する流入口と、
前記筒体に設けられ、前記気液混合流体を前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、
前記気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっており、
前記螺旋旋回する前記気液混合流体にせん断力を付与するせん断部が前記処理空間内に設けられている
気体溶解装置。

【請求項2】

筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、
前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、
前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、
前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有し、
前記気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記液体流入口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっている
請求項１に記載の気体溶解装置。

【請求項3】

前記せん断部は、前記処理空間を形成する筐体から前記処理空間内に突き出た形状をしている
請求項１に記載の気体溶解装置。

【請求項4】

前記せん断部は、前記処理空間の重力方向、並びに重力方向に直交する第１の水平方向の双方において異なる前記処理空間内の位置に、複数の前記せん断部が設けられている
請求項１に記載の気体溶解装置。

【請求項5】

前記重力方向及び前記第１の水平方向の双方に直交する第２の方向の双方においてさらに異なる位置に、複数の前記せん断部が設けられている
請求項４に記載の気体溶解装置。

【請求項6】

前記複数のせん断部は、線状部材である
請求項４に記載の気体溶解装置。

【請求項7】

前記複数のせん断部は、前記処理空間の中央付近に向けて先細の先細部材である
請求項４に記載の気体溶解装置。

【請求項8】

前記処理空間内において、前記液体流入口及び前記気体流入口と、前記排出口との間に、前記せん断部が位置する
請求項２に記載の気体溶解装置。

【請求項9】

前記気液混合流体の一部の螺旋旋回は、層流であることを特徴とする請求項１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、液体に気体を効率よく溶融させる気体溶解装に関し、特に、液体中の気体溶存量を効率よく上昇させ、液体中の気体溶存量の時間経過による減少を緩やかにすることができる気体溶解装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気体溶存量を増加させた液体は、例えば、食品分野、農業分野、環境分野などにおいて活用されており、その活用分野は拡大していく傾向にある。気体溶存量を増加させた液体に関しては、マイクロバブルやナノバブル等の微細な気泡を発生させて、液体中の気体溶存量を増加させる装置が知られている。このようなマイクロバブルやナノバブル等の微細な気泡を発生させ、液体中に気泡（期待）溶存させるものとして、特開２０１３―０８１８８０号公報に記載の気体溶解装置がある。

【0003】

当該気体溶解装置では、気体溶解装置１は筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、筒体に設けられ気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間に流入する流入口と、筒体に設けられ気液混合流体を処理空間から排出する排出口とを有し、気液混合流体の一部が処理空間内において流出口から排出口に至るまで螺旋旋回するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－０８１８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した従来の気体溶解装置の液体中への気体溶存量をさらに高めたいという要請がある。

【0006】

上記点より本発明は、ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量をさらに効率よく上昇させる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】

【0007】

上記課題を解決するため本発明の気体溶解装置は、筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が前記処理空間に流入する流入口と、前記筒体に設けられ、前記気液混合流体を前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、前記気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっており、前記螺旋旋回する前記気液混合流体にせん断力を付与するせん断部が前記処理空間内に設けられている。

【0008】

好適には、気体溶解装置は、筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有する気体溶解装置であって、前記液体と前記気体とからなる流体の一部が前記処理空間内において前記液体流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっている。

【0009】

本発明の気体溶解装置によれば、気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回することによって、螺旋旋回による遠心力が気液混合流体に加わって気液混合流体が加圧される。加圧された気液混合流体では、気体を液体に効率よく溶解させることができる。
また、気液混合流体が流入口から排出口に螺旋旋回しながら流れる過程で、せん断部によってせん断され、気体を液体にさらに効率よく溶解させることができる。

【0010】

また、気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回することによって、気液混合流体がスムーズに処理空間を通過するようになっているので、気液混合流体への加圧が小さくてもよく出力の小さいポンプを使用して気体を液体に効率よく溶解させることができる。

【0011】

好適には、前記気液混合流体の一部の螺旋旋回が層流である。

【0012】

マイクロバブル及びナノバブルを発生させる装置は気液混合流体を高速で旋回させる必要がある。しかしながら、請求項２の気体溶解装置は、請求項１の気体溶解装置と同様に作用する上に、前記気液混合流体の一部の螺旋旋回が層流となっており、マイクロバブル及びナノバブル等の気泡を積極的に発生させる装置ではなく、むしろマイクロバブル及びナノバブル等の気泡の発生を抑制する装置である。したがって、マイクロバブル及びナノバブルを発生させる装置に比べて、本発明は気液混合流体の旋回速度が低くても液体の溶存気体量を増加させることができる。その結果、気液混合流体を処理空間に流入させるためのポンプの出力を小さくすることができるので、省エネを実現できる。

【0013】

好適には、前記せん断部は、前記処理空間の重力方向、並びに重力方向に直交する第１の水平方向の双方において異なる前記処理空間内の位置に、複数の前記せん断部が設けられている。

【0014】

好適には、前記重力方向及び前記第１の水平方向の双方に直交する第２の方向の双方においてさらに異なる位置に、複数の前記せん断部が設けられている。

【0015】

好適には、前記複数のせん断部は、線状部材である。

【0016】

好適には、前記複数のせん断部は、前記処理空間の中央付近に向けて先細の先細部材である。

【0017】

好適には、前記処理空間内において、前記液体流入口及び前記気体流入口と、前記排出口との間に、前記せん断部が位置する。

【0018】

好適には、前記気液混合流体の一部の螺旋旋回は、層流である。

【0019】

また、空洞の気圧が大気圧程度となっていることによって、排出口から排出される排出水は、圧力が急激な低下して液体中に気泡が発生することを防止できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ポンプの出力が小さくても液体中の気体溶存量を効率よく上昇させる気体溶解装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態の気体溶解装置の正面側の構成を説明するための図である。

【図2】本発明の第１実施形態の気体溶解装置の側面側の構成を説明するための図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る気体溶解装置の処理空間内に設けられたせん断部の正面方向の構成を説明するための図である。

【図4】図３に示す処理空間内に設けられたせん断部の側面方向の構成を説明するための図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る気体溶解装置の処理空間内に設けられたせん断部の正面方向の構成を説明するための図である。

【図6】図５に示す処理空間内に設けられたせん断部の側面方向の構成を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１及び図２の一点鎖線矢印は、気液混合流体の流れの様子の一例を示したものである。
本実施形態の気体溶解装置１は、図１及び図２に示すように筒体２とその筒体２の両開口をそれぞれ閉塞する板体３とからなる処理空間４と、筒体２に設けられ、気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５と、筒体２に設けられ、気液混合流体を処理空間から排出する排出口６とを有する。

【0023】

筒体２は、横断面が円の円筒となっている。板体３も筒体２の両開口を閉塞するために充分な大きさを有する円板となっている。

【0024】

図１の側面図に示すように、流入口５と排出口６とは、筒体２の軸線方向にずれた位置に設けられている。流入口５から処理空間内に流入した気液混合流体は、筒体２に沿って旋回しながら排出口６へと向かうようになっている。したがって、図１中の一点鎖線矢印に示すように、気液混合流体の一部が処理空間４内において流出口５から排出口６に至るまで螺旋旋回するようになっている。

【0025】

図３は、本発明の第１実施形態に係る気体溶解装置１の処理空間４内に設けられたせん断部３１の正面方向の構成を説明するための図である。図４は、図３に示す処理空間４内に設けられたせん断部３１の側面方向の構成を説明するための図である。

【0026】

図３に示すように、処理空間４内には、正面方向から見て、重力方向（図３上下方向）に延びる４本のせん断部３１―１～３１―４が設けられている。
せん断部３１―１～３１―４は、線状部材である。
図３に示すように、せん断部３１―１～３１―４は、重力方向と直交する第１の水平方向（図３中左右方向）において異なる位置に等間隔で設けらている。

【0027】

図４に示すように、４本のせん断部３１―１～３１―４は、処理空間４の側面方向からみて重力方向及び第１の水平方向に直交する第２の水平方向（図４中左右方向）の異なる位置に設けられている。

【0028】

せん断部３１―１～３１―４は、処理空間４内において、流出口５と排出口６との間に設けらている。このように、流入口５と排出口６との間にせん断部３１―１～３１―４を設けることで、気液混合流体がせん断部３１―１～３１―４で効率的にせん断され、液体中の気体溶存量をさらに効率よく上昇させることができる。

【0029】

気体溶解装置１によれば、螺旋旋回による遠心力が気液混合流体に加わって気液混合流体が加圧されるため、加圧された気液混合流体では、気体を液体に効率よく溶解させることができる。

【0030】

また、気体溶解装置１によれば、気液混合流体が流入口５から排出口６に螺旋旋回しながら流れる過程で、せん断部３１―１～３１―４によってせん断され、気体を液体にさらに効率よく溶解させることができる。

【0031】

気液混合流体の一部の螺旋旋回は層流となっている。これにより、マイクロバブル及びナノバブル等の気泡の発生を抑制するとともに、処理空間４内において気液混合流体の螺旋旋回がスムーズに行われる。

【0032】

気液混合流体の一部が螺旋旋回することによって、気液混合流体には遠心力が働き、液混合流体の螺旋旋回の旋回中心には空洞７が形成される。旋回中心の空洞７は気圧が大気圧程度なっているため、気液混合流体に溶けなかった気体が強制的に空洞に集まるようになっている。つまり、処理空間から排出する気液混合流体に気泡等が混ざらないようになっている。気泡等が混ざった気液混合流体に比べて、気泡等が混ざっていない気液混合流体は、時間経過にともなう溶存気体量の低下が緩やかとなる。

【0033】

また、空洞の気圧が低くなっていることによって、排出口から排出される排出水は、圧力の急激な低下して液体中に気泡が発生することを防止できる。

【0034】

＜第２実施形態＞
本実施形態の気体溶解装置１０１は、せん断部の形状及び位置が第１実施形態の気体溶解装置１とは異なり、それ以外の構成は同じである。

【0035】

図５は、本発明の第２実施形態に係る気体溶解装置１０１の処理空間４内に設けられたせん断部１３１の正面方向の構成を説明するための図である。図６は、図５に示す処理空間４内に設けられたせん断部１３１の側面方向の構成を説明するための図である。

【0036】

図５に示すように、処理空間４内には、正面方向から見て、処理空間４の円周方向に等間隔に５個のせん断部１３１―１～１３１―５が設けられている。
せん断部３１―１～３１―４は、線状部材である。

【0037】

図６に示すように、５個のせん断部１３１―１～１３１―５は、処理空間４の側面方向からみて重力方向及び第１の水平方向に直交する第２の水平方向（図６中左右方向）の異なる位置に設けられている。

【0038】

せん断部１３１―１～１３１―５は、処理空間４の中央付近に向けて先細の先細部材である。

【0039】

せん断部１３１―１～１３１―５は、処理空間４内において、流出口５と排出口６との間に設けらている。

【0040】

気体溶解装置１０１によっても、第１実施形態と同様に、気液混合流体が流入口５から排出口６に螺旋旋回しながら流れる過程で、せん断部３１―１～３１―４によってせん断され、気体を液体にさらに効率よく溶解させることができる。

【0041】

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

【0042】

本発明のせん断部の形状、数、配置場所は、十分なせん断力を発揮できれば、上述した図３～図６に示すものには限定されない。

【0043】

上記実施形態では、筒体２の横断面が円の円筒の場合について説明したが、これに限定されることなく、気液混合流体の一部が処理空間内において螺旋旋回可能であれば断面が
多角形の筒であってもよい。

【0044】

また、上記実施形態では、板体３も筒体２の両開口を閉塞するために充分な大きさを有する円板となっている場合について説明したが、これに限定されることなく、筒体２の両開口を閉塞できれば、どのような形状の板体でであってもよい。

【0045】

さらに、上記実施形態では、気液混合流体の一部の螺旋旋回は層流となっている場合について説明したが、気液混合流体全体が層流となっている必要はなく、部分的に乱流が発生していてもよい。

【0046】

さらに、上記実施形態では、気体溶解装置が気体と液体とが混合された気液混合流体が処理空間４に流入する流入口５を有する場合について説明したが、これに限定されることなく、気体と液体が独立して処理空間に流入するように、気体溶解装置が筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、前記筒体に設けられ、液体が前記処理空間に流入する液体流入口と、前記筒体又は前記板体に設けられ気体が前記処理空間に流入する気体流入口と、前記筒体に設けられ、前記液体と前記気体とを前記処理空間から排出する排出口とを有し、前記液体と前記気体とからなる気液混合流体の一部が前記処理空間内において前記液体流出口から前記排出口に至るまで螺旋旋回するようになっていてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１…気体溶解装置
２…筒体
３…板体
４…処理空間
５…流入口
６…排出口
７…空洞
３１―１～３１―４…せん断部
１３１―１～１３１―５…せん断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面略円形状で中心軸が水平方向に延びた筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、
気体と液体とが混合された気液混合流体を、前記処理空間に上方から下方に向けて流入させる、前記筒体に設けられた流入口と、
前記流入口から前記処理空間内に流入した前記気液混合流体を、前記中心軸を中心に下方に向けて螺旋回転して前記筒体から流出させる、前記筒体に設けられた排出口と、
前記処理空間を形成する前記筒体の内周面に設けられた線状部材である複数のせん断部と、
を有し、
前記流入口と前記排出口とは、前記中心軸方向の異なる位置に設けられており、
前記複数のせん断部は、前記中心軸に沿った方向、並びに当該中心軸と直交する方向の双方において相互に異なる前記処理空間内の位置に設けられ、
前記複数のせん断部は、重力方向と平行して延び、両端が前記内周面に固定されている
気体溶解装置。

【請求項2】

前記気液混合流体の一部の螺旋旋回は、層流であ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3】

前記複数のせん断部は、前記筒体の開口部側である正面方向から見て、等間隔に設けられている
請求項１に記載の気体溶解装置。

【請求項4】

前記複数のせん断部は、前記正面方向から見て線対称の位置に設けられている
請求項３に記載の気体溶解装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

本発明は、断面略円形状で中心軸が水平方向に延びた筒体とその筒体の両開口をそれぞれ閉塞する板体とからなる処理空間と、気体と液体とが混合された気液混合流体を、前記処理空間に上方から下方に向けて流入させる、前記筒体に設けられた流入口と、前記流入口から前記処理空間内に流入した前記気液混合流体を、前記中心軸を中心に下方に向けて螺旋回転して前記筒体から流出させる、前記筒体に設けられた排出口と、前記処理空間を形成する前記筒体の内周面に設けられた線状部材である複数のせん断部と、を有し、前記流入口と前記排出口とは、前記中心軸方向の異なる位置に設けられており、前記複数のせん断部は、前記中心軸に沿った方向、並びに当該中心軸と直交する方向の双方において相互に異なる前記処理空間内の位置に設けられ、前記複数のせん断部は、重力方向と平行して延び、両端が前記内周面に固定されている気体溶解装置である。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正12】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】削除

【補正の内容】