特許 7520471 気体溶解装置および気体溶解方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】気体溶解装置および気体溶解方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 21/20 20220101AFI20240716BHJP

   B01F 23/20 20220101ALI20240716BHJP

   B01F 25/25 20220101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

B01F21/20

B01F23/20

B01F25/25

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022519895

(86)(22)【出願日】2020-08-20

(86)【国際出願番号】 JP2020031529

(87)【国際公開番号】W WO2021225009

(87)【国際公開日】2021-11-11

【審査請求日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】P 2020082338

(32)【優先日】2020-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000176383

【氏名又は名称】三相電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003801

【氏名又は名称】ＫＥＹ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】曹 銀春

(72)【発明者】

【氏名】内海 伸昭

【審査官】隅川 佳星

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１９０７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８０８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３１４８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７５７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６６５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０４３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００３６６０５（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１０８８１４５（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ２１／００ － ２５／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部で液体に気体を溶解させる気体溶解タンクと、
前記気体溶解タンクの内部を上室および下室に仕切る仕切板と、
気液混合体を外部から前記気体溶解タンク内に導入する導入管と、
前記気体溶解タンクの前記下室から気体溶解液を排出する吐出管路と、
を備える気体溶解装置であって、
前記気体溶解タンクの内部は、略円柱状空間からなる第１部と、前記第１部より小径の略円柱状空間からなり前記第１部より上方に形成された第２部と、前記第１部と前記第２部との間に連続的に形成された略円錐台状空間からなる第３部とを含み、
前記仕切板は、前記第１部を上下に仕切っており、
前記導入管は、下流端の開口が前記上室に配置されるとともに、前記気体溶解タンクの天井部の中心に向かっており、
前記上室と前記下室とを連通する連通路が前記仕切板の中心からずれた位置であって前記第１部の外周面および前記導入管から離れた位置に形成され、
前記天井部に凹凸部を形成するように衝突部が形成され、
前記導入管は、その下流端部の流路を下流側に延長した延長線が前記衝突部を通るように設置されている、
気体溶解装置。

【請求項2】

請求項１に記載の気体溶解装置において、
前記凹凸部は、凸部の下端位置が外側の凸部ほど下方に突出している、気体溶解装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の気体溶解装置において、
前記上室において前記導入管の下流端より低い位置にある部分を前記上室の有効容積とした場合に、前記下室の容積が前記上室の有効容積よりも小さい、
気体溶解装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の気体溶解装置において、
前記吐出管路は、前記気体溶解タンクの底面に形成された排出口に接続されており、
前記排出口は、上から視て、前記連通路からずれた位置に形成されている、
気体溶解装置。

【請求項5】

内部で液体に気体を溶解させる気体溶解タンクと、
前記気体溶解タンクの内部を上室および下室に仕切る仕切板と、
気液混合体を外部から前記気体溶解タンク内に導入する導入管と、
前記気体溶解タンクの前記下室から気体溶解液を排出する吐出管路と、
を備え、
前記気体溶解タンクの内部は、略円柱状空間からなる第１部と、前記第１部より小径の略円柱状空間からなり前記第１部より上方に形成された第２部と、前記第１部と前記第２部との間に連続的に形成された略円錐台状空間からなる第３部とを含み、
前記仕切板は、前記第１部を上下に仕切っており、
前記導入管は、下流端の開口が前記上室に配置されるとともに、前記気体溶解タンクの天井部の中心に向かっており、
前記上室と前記下室とを連通する連通路が前記仕切板の中心からずれた位置であって前記第１部の外周面および前記導入管から離れた位置に形成され、
前記天井部に凹凸部を形成するように衝突部が形成された、
気体溶解装置を用いて液体に気体を溶解させる気体溶解方法であって、
前記上室に、気体領域と液体領域の境界となる液面を形成し、
前記導入管から気液混合体を吐出させ、前記衝突部に衝突させる、
気体溶解方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体に気体を加圧溶解させる気体溶解装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている気体溶解装置は、浴槽内で微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に含まれる。同文献の気体溶解装置は、液体に気体を溶解させる気体溶解タンク（特許文献１では「気液溶解タンク」と称している。）と、浴槽から気体溶解タンクのポンプまで設けられた吸込管路と、ポンプから気体溶解タンク内まで設けられた導入管（特許文献１では「流入管路」と称している。）と、気体溶解タンクの出口から浴槽まで設けられた吐出管路を備えている。吸込管路の途中には、気体を導入する気体導入部（特許文献１では「気体導入管」と称している。）が設けられている。気液溶解タンクには、液体が所定の高さまで充填され、液体領域と気体領域が形成される。

【0003】

ポンプを駆動させると、気液溶解タンク内で、導入管から気液混合体が吐出される。吐出された気液混合体は、気液溶解タンクの天井部に設けられた衝突部に衝突する。このとき、局所的に高圧部が形成され、当該高圧部において気体の液体に対する溶解が促進される。衝突部に衝突した気液混合体は、気体領域から液体領域に落下し、気液混合体に含まれる気泡が液体領域に入り込む。液体領域に入り込んだ気泡は、液体領域内の流れによって撹拌されながら、液体に溶解し、次第に小さくなる。液体領域内の流れによって撹拌される気泡の一部は液体とともに、気体溶解タンクの排出口から排出される。排出口から排出される気泡の一部および液体は、吐出管路に流れ出る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４７５９５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の気体溶解タンクでは、比較的大きな気泡が気体溶解タンクの排出口から多量に流れ出るため、気体溶解濃度が上がり難く、気体溶解効率も上がり難いという問題があった。

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みて創案されたものであり、従来よりも気体溶解濃度が上がり易く、気体溶解効率も上がり易い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】

本発明の第１の態様に係る気体溶解装置は、内部で液体に気体を溶解させる気体溶解タンクと、前記気体溶解タンクの内部を上室および下室に仕切る仕切板と、気液混合体を外部から前記気体溶解タンク内に導入する導入管と、前記気体溶解タンクの下室から気体溶解液を排出する吐出管路と、を備える。前記導入管は、下流端の開口が前記気体溶解タンクの天井部の中心に向かっている。前記上室と前記下室とを連通する連通路が前記仕切板の中心からずれた位置に形成されている。

【0008】

本発明の第２の態様に係る気体溶解装置は、第１の態様に係る気体溶解装置において、前記天井部に凹凸部を形成するように衝突部が形成され、前記導入管は、吐出する気液混合体が前記衝突部に衝突するように設置されている、ことが望ましい。

【0009】

本発明の第３の態様に係る気体溶解装置は、第２の態様に係る気体溶解装置において、前記凹凸部は、凸部の下端位置が外側の凸部ほど下方に突出している、ことが望ましい。

【0010】

本発明の第４の態様に係る気体溶解装置は、第１乃至第３の態様に係る気体溶解装置において、前記上室において前記導入管の下流端より低い位置にある部分を前記上室の有効容積とした場合に、前記下室の容積が前記上室の有効容積よりも小さい、ことが望ましい。

【0011】

本発明の第５の態様に係る気体溶解装置は、第１乃至第３の態様に係る気体溶解装置において、前記吐出管路は、前記気体溶解タンクの底面に形成された排出口に接続されており、前記排出口は、上から視て、前記連通路からずれた位置に形成されている、ことが望ましい。

【0012】

本発明の第６の態様に係る気体溶解装置は、第１乃至第４の態様に係る気体溶解装置において、前記導入管は、下流端の開口面積が上流端の開口面積よりも小さい、ことが望ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、気体溶解濃度が上がり易く、気体溶解効率も上がり易い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】

【0014】

【図1】本実施形態に係る気体溶解タンクの断面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】本実施形態に係る気体溶解装置を示す図である。

【図4】本実施形態に係る気体溶解装置における液体の流れを示す図である。

【図5】衝突部の変形例を示す図であって、図１のＡ－Ａ断面図に対応する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態に係る気体溶解装置について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る気体溶解装置１００は、気体を液体に溶解させるための装置である。気体溶解装置１００は、気体溶解タンク１、吸込管路２、吐出管路３、ポンプ４、気体導入部５、導入管６等で構成されている。本実施形態では、気体として酸素を用い、液体として水を用いる。もちろん、気体として酸素と異なる気体（例えば空気、二酸化炭素、窒素）を用い、液体として水と異なる液体を用いることも可能である。

【0016】

気体溶解タンク１は、内部で気体を液体に加圧溶解させる。図１に例示する気体溶解タンク１の内部は、比較的大径の略円柱状空間の第１部７と、比較的小径の略円柱状空間の第２部８と、第１部７と第２部８との間に連続的に形成された略円錐台状空間の第３部９で構成されている。第１部７は、底板部１１の上方かつ大径円筒部１２の内側に形成されている。第２部８は、天井部１３の下方かつ小径円筒部１４の内側に形成されている。第３部９は、大径円筒部１２から縮径しつつ小径円筒部１４に接続された錐状筒部１６の内側に形成されている。

【0017】

気体溶解タンク１の内部には、図１に示すように、導入管６、仕切板１７、衝突部１９等が設けられている。

【0018】

仕切板１７は、気体溶解タンク１の内部を上室２２および下室２３に仕切っている。本実施形態では、仕切板１７は、第１部７を上下に仕切っている。この仕切板１７には、上室２２と下室２３とを連通する連通路１７ａが形成されている。連通路１７ａは、仕切板１７の中心からずれた位置に１又は複数形成される。

【0019】

下室２３の容積は、上室２２の容積よりも小さい。また、上室２２において導入管６の下流端６ａより低い位置にある部分を上室２２の有効容積とした場合、下室２３の容積が上室２２の有効容積よりも小さい。また、仕切板１７によって上下に仕切られた第１部７は、仕切板１７より下の部分の容積の方が、仕切板１７より上の部分の容積よりも小さい。また、図１に示すように、下室２３の液体領域は、上室２２の液体領域よりも小さい。

【0020】

導入管６は、気液混合体を外部から気体溶解タンク１内に導入するために設けられている。導入管６は、吸込管路２の下流端部にポンプ４を介して接続されている。本実施形態では、導入管６は、気体溶解タンク１の中心線に沿って設けられ、その下流端６ａの開口が気体溶解タンク１の天井部１３の中心に向かっている。また、導入管６は、気体溶解タンク１の底部（底板部１１）の中心と、仕切板１７の中心とを貫通している。なお、導入管６からの気液混合体の吐出流速を高めるために、図１に示すように、導入管６は、下流端６ａの開口面積が上流端６ｂ（図４参照）の開口面積よりも小さくなっていることが望ましい。

【0021】

衝突部１９は、天井部１３に凹凸部を形成するように形成されている。衝突部１９が天井部１３に形成する凹凸部は、凸部の下端位置が外側の凸部ほど下方に突出するように形成されている。本実施形態では、衝突部１９は、同心円状に配置された複数の第１円筒部材１９ａ～第３円筒部材１９ｃで構成されている。図１に示す例では、第１円筒部材１９ａ～第３円筒部材１９ｃの下端位置は、外側の円筒部材ほど下方にある。なお、天井部１３において衝突部１９が形成されている範囲の面積（図２に示す例では、第３円筒部材１９ｃの外径Ｄの内側の面積）は、気体溶解タンク１内の液面２０の面積よりも小さい。このようにすることで、衝突部１９に衝突した液体は、気体溶解タンク１の径方向に拡散しながら落下し、液体と気体との接触面積が増加することで気体溶解効率が向上する。

【0022】

吸込管路２は、上流端部が液体の吸込口となる。本実施形態では、吸込管路２の上流端部は、図４に示すように、容器２６内に貯留された液体２７内に没入されている。

【0023】

ポンプ４は、吸込管路２の下流端部と導入管６の上流端部との間に設けられている。よって、ポンプ４が駆動すると、容器２６内に貯留された液体が吸込管路２に吸い込まれ、導入管６を通じて気体溶解タンク１内に圧送される。なお、気体溶解タンク１内は、ポンプ４が駆動すると、加圧されるようになっている。

【0024】

気体導入部５は、導入管６の途中に設けられている。この気体導入部５は、圧縮気体供給源２８から供給される圧縮気体を導入管６内を流れる液体に混入させる。なお、圧縮気体供給源２８から供給される圧縮気体は、当然に、吸込管路２の圧力よりも高い圧力で供給される。

【0025】

吐出管路３は、その上流端部が、気体溶解タンク１の底面１ａに形成された排出口２９に接続されている。他方、吐出管路３の下流端部は、容器２６内に配置されており、その下流端部から容器２６に溶存気体濃度が高まった液体が吐出される。

【0026】

本実施形態では、図３に示すように、気体溶解タンク１は、気体溶解タンク支持体３１に支持される。同図に例示する気体溶解タンク支持体３１は、気体溶解タンク１を支持するとともに気体溶解タンク１を覆う筐体部３３を備えている。詳細には、気体溶解タンク支持体３１は、筐体部３３と筐体部３３内に固設された支持台部３４とを備え、支持台部３４に気体溶解タンク１の底板部１１がボルト等にて固定されている。また、筐体部３３の天板３３ａに気体溶解タンク１の天井部１３がボルト等にて固定されている。導入管６および吐出管路３を形成する配管は、支持台部３４から下方に所定寸法だけ延出した後、互いに異なる側方に延出し、筐体部３３を貫通して外部に出ている。図３に示す例では、気体溶解タンク支持体３１は、底部に設けられたキャスタ３２によって移動可能になっている。

【0027】

以上の如く構成された気体溶解装置１００において、ポンプ４を駆動させると、容器２６から吸込管路２に液体が吸い込まれ、気体導入部５において導入管６を流れる液体に気体が混入され気液混合体となる。そして、気液混合体は、導入管６の下流端６ａから気体溶解タンク１内で吐出される。

【0028】

気体溶解タンク１内では、液体と気体の接触面積や気体溶解タンク１内の圧力に応じて液体に対する気体の溶解が進行する。気体溶解タンク１の上室２２内では、気体領域と液体領域が形成されており、導入管６の下流端６ａから吐出した気液混合体は、先ず、衝突部１９に衝突することで、局部的な高圧部を形成して当該部において効率的に気体（気泡）が液体に溶解される。その後、衝突部１９に衝突した気液混合体は、気体領域を通過して液体領域に到達する。気液混合体が気体領域を落下する際、液体と気体との接触面積が大きくなるため、ここでも液体に対する気体の溶解が促進される。

【0029】

その後、気液混合体が液体領域に到達した後は、気液混合体に含まれる気泡が、液体領域内の流れ（図１において矢印に沿った方向の流れ）に乗って撹拌され、次第に小さくなりながら、液体に溶解される。上室２２の液体は、仕切板１７に形成された連通路１７ａを通じて下室２３に移動する。連通路１７ａは、仕切板１７の中心からずれた位置に形成されているため、連通路１７ａが仕切板１７の中心や仕切板１７の外周部に設けられている場合と比較して、上室２２にある気泡は、下室２３に移動し難くなっている。このため、気泡の多くは上室２２に留まり易くなっており、気泡の多くは上室２２において消滅するまで液体に溶解するか、又はナノサイズの気泡になるまで液体に溶解する。

【0030】

また、気泡の一部が連通路１７ａを通過して上室２２から下室２３に移動しても、上から視て、排出口２９が連通路１７ａからずれた位置に形成されていることから、移動した気泡の殆どは、直ちに排出口２９から排出されずに、下室２３内で液体の流れに乗って撹拌されながら液体に溶解する機会が再び与えられる。

【0031】

このようにして、液体に溶解せずに排出口２９から排出される気泡は、極めて少なくなり、吐出管路３から容器２６に供給される気体溶解液は、気体溶解濃度が高いものとなる。また、吐出管路３から外に排出される気体の量を少なくすることができるので、気体溶解効率も高いものとなる。

【0032】

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る気体溶解装置１００によれば、気体溶解タンク１内に連通路１７ａが形成された仕切板１７が設けられているため、液体領域内の気泡が排出口２９から排出され難くく、その分、気体溶解タンク１内に留まって液体に溶解する気体の量が多くなる。このことから、本実施形態に係る気体溶解装置１００は、従来例に係る気体溶解装置よりも気体溶解濃度が上がり易く、気体溶解効率も上がり易い。

【0033】

また、本実施形態に係る気体溶解装置１００によれば、下室２３の容積が上室２２の有効容積より小さくなっている。このため、上室２２の液体領域を下室２３の液体領域よりも容量を大きく確保することができる。気体溶解タンク１内にできるだけ気泡を滞留させ、排出口２９から排出されないようにするには、比較的気泡の多い上室２２の液体領域を比較的気泡の少ない下室２３よりも大きくすることが望ましい。本実施形態では、上室２２の液体領域を下室２３の液体領域よりも容量を大きく確保しているため、更に、気体溶解濃度が上がり易く、気体溶解効率も上がり易いものとなっている。

【0034】

＜他の実施形態＞
既述した実施形態では、衝突部１９は、同心円状に配置された複数の円筒部材１９ａ～１９ｃで構成されたものであったが、変形例として、図５に示すように、同心円上に形成配置された各２枚の半径の異なる湾曲板１９Ａａ～１９Ａｃで構成されていてもよい。この湾曲板１９Ａａ～１９Ａｃの下端も、外側の湾曲板ほど下方に延出している。また、衝突部１９は、上記２つの例に限定されず、天井部１３の下面に凹凸部を形成するものであれば様々な形態を採用することが可能である。

【0035】

既述した実施形態では、導入管６は気体溶解タンク１の底板部１１の中心と、仕切板１７の中心とを貫通し、気体溶解タンク１の中心線に沿って設けられているが、導入管６の設置形態はこれに限定されない。例えば、特許文献１の第５図のように、外部から気体溶解タンクの側部を横方向に貫通して内部に挿入され、気体溶解タンクの中心で上方に屈曲して中心線に沿う形態の導入管であってもよい。

【0036】

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、例えば、液体に気体を加圧溶解させる気体溶解装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１ 気体溶解タンク
３ 吐出管路
６ 導入管
６ａ 導入管の下流端
１３ 天井部
１７ 仕切板
１７ａ 連通路
２２ 上室
２３ 下室
２７ 液体
２９ 排出口
１００ 気体溶解装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】