JP2018094533A

JP2018094533A - 気液混合装置および気液混合方法

Info

Publication number: JP2018094533A
Application number: JP2016244668A
Authority: JP
Inventors: 賢一岡本; Kenichi Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】液体の気体吸収量を把握しやすく、かつ装置構成を簡略化できる気液混合装置および気液混合方法を提供する。
【解決手段】貯留部１０と、貯留部１０内に液体Ｌ１を供給する液体供給部２０と、貯留部１０内にＣＯ_２ガスを供給する気体供給部３０と、液体供給部２０からの液体Ｌ１を貯留部１０内で噴出するノズル部４２、ノズル部４２から噴出された液体Ｌ１の負圧にしたがって貯留部１０内のＣＯ_２ガスを引き込む引込部４３、及び噴出された液体Ｌ１と引き込まれたＣＯ_２ガスの混合液Ｌ２を貯留部１０内の液面以下まで導く管部４４を有するエゼクター４０と、を備える気液混合装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、気液混合装置および気液混合方法に関する。

気液混合装置としては、ガス吸収装置と、ガスが吸収された液を貯留するタンクとを備えた装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。
図２は、気液混合装置の一例を示す模式図である。気液混合装置１００は、タンク１０１と、タンク１０１内に設けられた液放出部１０２とを有する。液放出部１０２は、液体Ｌ１１をスプレー状に散水したり、薄膜状に流下させることができる。
気液混合装置１００では、液放出部１０２から放出された液体Ｌ１１を、タンク１０１内の二酸化炭素ガス（ＣＯ_２ガス）と接触させ、液体Ｌ１１にＣＯ_２ガスを溶解させる。これにより、ＣＯ_２ガスを含む液体製品Ｌ１２を得る。

図３は、気液混合装置の他の例を示す模式図である。気液混合装置１１０は、エゼクター１１１と、ミキサー１１２と、ホールディングチューブ１１３と、サイクロン分離器１１４と、貯留タンク１１５とを備えている。
エゼクター１１１は、ＣＯ_２ガスを吸引して液体Ｌ１１に混合し、溶解させる。エゼクター１１１を経た液体Ｌ１１はミキサー１１２、ホールディングチューブ１１３、サイクロン分離器１１４を経て、貯留タンク１１５に導入される。これにより、ＣＯ_２ガスを含む液体製品Ｌ１２を得る。
ミキサー１１２は、液体Ｌ１１中の未溶解ＣＯ_２ガスの気泡を微細化し、ＣＯ_２ガスの液体Ｌ１１への吸収を促す。ホールディングチューブ１１３は、流路を長く形成することで液体Ｌ１１へのＣＯ_２ガスの吸収を促す。サイクロン分離器１１４および貯留タンク１１５では、未溶解ＣＯ_２ガスの気泡を液体Ｌ１１から分離する。

特開平９−２９５６９５号公報特開２０１２−１２５６８８号公報

気液混合装置では、液体に吸収されるＣＯ_２ガスの量はＣＯ_２ガスの分圧に比例する。そのため、平衡状態であれば、液体中のＣＯ_２ガスの量を把握できる。
しかし、図２に示す気液混合装置１００を用いた実際の製造工程では、平衡状態になる前に液体Ｌ１１を次工程へ送ることが必要となることがある。その場合、ＣＯ_２ガスの吸収量を温度と圧力に基づいて推定することは難しく、液体製品Ｌ１２の品質管理の点で問題があった。
図３に示す気液混合装置１１０では、比較的ＣＯ_２ガスの吸収量を把握しやすいが、未溶解ＣＯ_２ガスの気泡を分離するために、サイクロン分離器１１４、貯留タンク１１５等が必要となることから、装置構成が複雑となる。そのため、大きな設置スペースが必要となり、かつコストが増大する問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、液体の気体吸収量を把握しやすく、かつ装置構成を簡略化できる気液混合装置および気液混合方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の一態様に係る気液混合装置は、貯留部と、該貯留部内に液体を供給する液体供給部と、前記貯留部内に気体を供給する気体供給部と、前記液体供給部からの液体を前記貯留部内で噴出するノズル部、前記ノズル部から噴出された液体の負圧にしたがって前記貯留部内の気体を引き込む引込部、及び前記噴出された液体と前記引き込まれた気体の混合体を前記貯留部内の液面以下まで導く管部を有するエゼクターと、を備える。

この構成によれば、混合体中の未溶解の気体は貯留部内に放出される。そのため、未溶解の気体の回収のための設備およびそのための配管が不要となり、装置構成を簡略にすることができる。また、未溶解の気体を再利用できるため、気体の使用量を削減できる。よって、装置の設置スペースを小さくするとともに、コスト低減を図ることができる。
また、この構成によれば、エゼクターを備えているため、液体に対する気体の吸収量を高め、実質的な平衡状態を容易に得ることができる。そのため、液体の気体吸収量を把握しやすい。よって、製品の品質確保の点で好適である。

前記気液混合装置は、前記貯留部内の圧力を測定する圧力計と、前記貯留部内の温度を測定する温度計と、をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、圧力計および温度計の測定値に基づいて、液体に吸収されている気体の量を精度よく推定することができる。よって、製品の品質管理が容易となる。

前記気液混合装置は、前記圧力計および前記温度計の測定値に基づいて、前記気体供給部による気体の供給量を制御する制御部を有する気体流量調整機構をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、気体の供給量を制御することによって、貯留部内の気体の飽和圧力を維持することができる。よって、液体に対する気体の吸収効率の低下を抑えることができる。

本発明の一態様に係る気液混合方法は、液体供給部から貯留部内に液体を供給するとともに、気体供給部から前記貯留部内に気体を供給し、ノズル部、引込部、及び管部を有するエゼクターを用いて、前記ノズル部によって前記液体供給部からの液体を前記貯留部内で噴出させ、前記ノズル部から噴出された液体の負圧にしたがって前記貯留部内の気体を前記引込部によって引き込み、前記噴出された液体と前記引き込まれた気体の混合体を前記管部によって前記貯留部内の液面以下まで導く。

この方法によれば、混合体中の未溶解の気体は貯留部内に放出される。そのため、未溶解の気体の回収のための設備およびそのための配管が不要となり、装置構成を簡略にすることができる。また、未溶解の気体を再利用できるため、気体の使用量を削減できる。よって、装置の設置スペースを小さくするとともに、コスト低減を図ることができる。
また、この構成によれば、エゼクターを備えているため、液体に対する気体の吸収量を高め、実質的な平衡状態を容易に得ることができる。そのため、液体の気体吸収量を把握しやすい。よって、製品の品質確保の点で好適である。

本発明の気液混合装置によれば、液体の気体吸収量を把握しやすく、かつ装置構成を簡略化できる。

本発明の実施の形態に係る気液混合装置を示す模式図である。従来の気液混合装置の一例を示す模式図である。従来の気液混合装置の他の例を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る気液混合装置１は、貯留部１０と、液体供給部２０と、気体供給部３０と、エゼクター４０と、混合液導出部５０と、圧力計６０と、温度計７０と、気体流量調整機構８０と、を備えている。

貯留部１０は、液体Ｌ１が導入される内部空間Ｓ１を有する。貯留部１０は密閉可能に構成されている。貯留部１０の内部において液体Ｌ１を貯留可能な空間を貯留空間Ｓ２という。

液体供給部２０は、液体供給管２１を備えている。液体供給管２１は、貯留部１０内に設けられたエゼクター４０の本体部４１に接続されている。液体供給部２０は、図示しない供給源から供給された液体Ｌ１を、液体供給管２１を通してエゼクター４０の本体部４１に供給することができる。

気体供給部３０は、気体供給管３１を備えている。気体供給部３０は、図示しない供給源から供給された気体である二酸化炭素ガス（以下、ＣＯ_２ガスという）を、気体供給管３１を通して貯留部１０内に供給できる。気体供給管３１には、ＣＯ_２ガスの流量（供給量）を調整する流量調整弁３２が設けられている。

エゼクター４０は、本体部４１と、ノズル部４２と、引込部４３と、管部４４と、を備える。エゼクター４０は、貯留部１０内に設けられている。
ノズル部４２は、例えば本体部４１の下部に形成され、本体部４１に供給された液体Ｌ１を貯留部１０内で噴出させることができる。
引込部４３は、その開口が貯留部１０の気相分１１に開放されており、ノズル部４２から噴出された液体Ｌ１の負圧にしたがって貯留部１０内のＣＯ_２ガスを引き込むことができる。ノズル部４２から噴出された液体Ｌ１と、引込部４３を通じて引き込まれたＣＯ_２ガスとの混合液を混合液Ｌ２（混合体）という。

管部４４は直管状に形成され、例えば高さ方向（鉛直方向）に沿って設けられている。
管部４４の上端部４４ａは、引込部４３に接続されている。
管部４４の下端部４４ｂは、例えば貯留部１０の下部に達している。管部４４の下端部４４ｂの高さ位置は、貯留部１０内に貯留された混合液Ｌ２（以下、貯留混合液Ｌ３という）の液面Ｌ３ａの高さ位置と同じまたはそれより下方とされている。そのため、管部４４は、混合液Ｌ２を、貯留部１０内の貯留混合液Ｌ３の液面Ｌ３ａ以下まで導くことができる。
管部４４の下端部４４ｂは、貯留部１０内の貯留空間Ｓ２に達する高さ位置にある。

混合液導出部５０（混合体導出部）は、貯留部１０内の貯留混合液Ｌ３を導出する導出管５１と、導出管５１に設けられた送液ポンプ５２とを備えている。

圧力計６０は、貯留部１０内のＣＯ_２ガスの圧力を測定することができる。
温度計７０は、貯留部１０内の温度を測定することができる。温度計７０は、例えば貯留部１０内の貯留混合液Ｌ３の温度を測定することができる。

気体流量調整機構８０は、例えば、圧力計６０および温度計７０の測定値に基づいて、気体供給管３１におけるＣＯ_２ガスの供給量を流量調整弁３２によって制御する制御部８１を有する。

次に、図１に示す気液混合装置１を用いて液体Ｌ１とＣＯ_２ガスとを混合し、液体製品を製造する場合を例として、気液混合方法の一例を説明する。
気体供給部３０によって、ＣＯ_２ガス（気体）を、気体供給管３１を通して貯留部１０内に供給する。
液体供給部２０によって、液体Ｌ１を、液体供給管２１を通してエゼクター４０の本体部４１に供給する。液体Ｌ１は、例えば水である。

液体Ｌ１はノズル部４２から噴出し、その際にエゼクター４０内に生じた負圧にしたがって、貯留部１０内の気相分１１のＣＯ_２ガスが引込部４３を通して引き込まれる。
引込部４３を通してエゼクター４０に引き込まれたＣＯ_２ガスは液体Ｌ１に効率よく吸収されるため、実質的な平衡状態が得られる。そのため、圧力計６０および温度計７０の測定値に基づいて、液体Ｌ１に吸収されているＣＯ_２ガスの量を精度よく推定することができる。

気体流量調整機構８０の制御部８１は、圧力計６０および温度計７０の測定値に基づいて、流量調整弁３２によりＣＯ_２ガスの供給量を制御することができる。
貯留部１０内のＣＯ_２ガスが液体Ｌ１に吸収されると、貯留部１０内の圧力は低下するが、圧力計６０および温度計７０の測定値に基づいて、流量調整弁３２によりＣＯ_２ガスの供給量を制御することによって、ＣＯ_２ガスの飽和圧力を維持することができる。よって、液体Ｌ１に対するＣＯ_２ガスの吸収効率の低下を抑えることができる。

混合液Ｌ２は、管部４４によって貯留空間Ｓ２に導入される。これにより貯留部１０内の貯留混合液Ｌ３の液面Ｌ３ａ以下まで導かれる。そのため、混合液Ｌ２に含まれる未溶解のＣＯ_２ガスが貯留混合液Ｌ３に吸収されるのを促すことができる。
未溶解のＣＯ_２ガスの一部は、貯留混合液Ｌ３に吸収されずに貯留部１０内の気相分１１に放出されるが、その一部は再びエゼクター４０によって液体Ｌ１に吸収される。

貯留混合液Ｌ３の一部は、送液ポンプ５２により導出管５１を通して貯留部１０から導出される。これにより、炭酸ガスを含む液体製品Ｌ４が得られる。液体製品Ｌ４は例えば炭酸飲料である。

気液混合装置１は、液体Ｌ１を貯留部１０内で噴出するノズル部４２、貯留部１０内のＣＯ_２ガスを引き込む引込部４３、および混合液Ｌ２を導く管部４４を備えたエゼクター４０を備えているため、混合液Ｌ２中の未溶解のＣＯ_２ガスは貯留部１０内に放出される。そのため、未溶解のＣＯ_２ガスの回収のための設備およびそのための配管が不要となり、装置構成を簡略にすることができる。また、未溶解のＣＯ_２ガスを再利用できるため、ＣＯ_２ガスの使用量を削減できる。よって、装置の設置スペースを小さくするとともに、コスト低減を図ることができる。
気液混合装置１は、エゼクター４０を備えているため、液体Ｌ１に対するＣＯ_２ガスの吸収量を高め、実質的な平衡状態を容易に得ることができる。そのため、液体Ｌ１のＣＯ_２ガス吸収量を把握しやすい。よって、液体製品Ｌ４の品質確保の点で好適である。

気液混合装置１は、圧力計６０および温度計７０を備えている。そのため、これらの測定値に基づいて、液体Ｌ１に吸収されているＣＯ_２ガスの量を精度よく推定することができる。よって、液体製品Ｌ４の品質管理が容易となる。

気液混合装置１は、圧力計６０および温度計７０の測定値に基づいて、気体供給部３０によるＣＯ_２ガスの供給量を制御する制御部８１を有する気体流量調整機構８０を備えている。そのため、流量調整弁３２によりＣＯ_２ガスの供給量を制御することによって、貯留部１０内のＣＯ_２ガスの飽和圧力を維持することができる。よって、液体Ｌ１に対するＣＯ_２ガスの吸収効率の低下を抑えることができる。

前述の気液混合方法によれば、混合液Ｌ２中の未溶解のＣＯ_２ガスは貯留部１０内に放出される。そのため、未溶解のＣＯ_２ガスの回収のための設備およびそのための配管が不要となり、装置構成を簡略にすることができる。また、未溶解のＣＯ_２ガスを再利用できるため、ＣＯ_２ガスの使用量を削減できる。よって、装置の設置スペースを小さくするとともに、コスト低減を図ることができる。
前述の気液混合方法は、エゼクター４０を用いるため、液体Ｌ１に対するＣＯ_２ガスの吸収量を高め、実質的な平衡状態を容易に得ることができる。そのため、液体Ｌ１のＣＯ_２ガス吸収量を把握しやすい。よって、液体製品Ｌ４の品質確保の点で好適である。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
図１に示す気液混合装置１のエゼクター４０では、管部４４の延在方向は高さ方向に一致しているが、管部の延在方向は高さ方向に対して傾斜する方向であってもよい。
また、管部４４の下端部４４ｂは、貯留部１０内の貯留空間Ｓ２に達する高さ位置にあればよい。すなわち、実施形態の気液混合装置は、貯留部と、該貯留部内に液体を供給する液体供給部と、前記貯留部内に気体を供給する気体供給部と、前記液体供給部からの液体を前記貯留部内で噴出するノズル部、前記ノズル部から噴出された液体の負圧にしたがって前記貯留部内の気体を引き込む引込部、及び前記噴出された液体と前記引き込まれた気体の混合体を前記貯留部内の貯留空間に導く管部を有するエゼクターと、を備えていればよい。

１・・・気液混合装置
１０・・・貯留部
２０・・・液体供給部
２１・・・液体供給管
３０・・・気体供給部
４０・・・エゼクター
４２・・・ノズル部
４３・・・引込部
４４・・・管部
６０・・・圧力計
７０・・・温度計
８０・・・気体流量調整機構
８１・・・制御部
Ｌ１・・・液体
Ｌ２・・・混合液（混合体）

Claims

貯留部と、
該貯留部内に液体を供給する液体供給部と、
前記貯留部内に気体を供給する気体供給部と、
前記液体供給部からの液体を前記貯留部内で噴出するノズル部、前記ノズル部から噴出された液体の負圧にしたがって前記貯留部内の気体を引き込む引込部、及び前記噴出された液体と前記引き込まれた気体の混合体を前記貯留部内の液面以下まで導く管部を有するエゼクターと、
を備える気液混合装置。
前記貯留部内の圧力を測定する圧力計と、
前記貯留部内の温度を測定する温度計と、をさらに備える請求項１に記載の気液混合装置。
前記圧力計および前記温度計の測定値に基づいて、前記気体供給部による気体の供給量を制御する制御部を有する気体流量調整機構をさらに備える、請求項２に記載の気液混合装置。
液体供給部から貯留部内に液体を供給するとともに、気体供給部から前記貯留部内に気体を供給し、ノズル部、引込部、及び管部を有するエゼクターを用いて、前記ノズル部によって前記液体供給部からの液体を前記貯留部内で噴出させ、前記ノズル部から噴出された液体の負圧にしたがって前記貯留部内の気体を前記引込部によって引き込み、前記噴出された液体と前記引き込まれた気体の混合体を前記管部によって前記貯留部内の液面以下まで導く、気液混合方法。