JP3291623B2 - 気液混合装置 - Google Patents

気液混合装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は魚の養殖場、活魚
の輸送及び飼育用水槽、水泳プール、或は廃水処理場等
の水を浄化するため、或は水稲、水耕栽培の水に酸素、
液肥を混合するため、さらにトンネル、地下鉄工事現場
からのアルカリ排水に中和用炭酸ガスを混合するための
気液混合装置であり、さらに述べれば、上記各種の水の
中に大気中の空気を気泡にして混入する形式の気液混合
装置において、その水の中に混入された気泡を細かく微
細化して、液体と空気との接触面積を増大して、酸化作
用を一層向上するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の気液混合装置は、水槽等の水面上
に設けた架台にモータを取付け、該モータの軸に、縦方
向の中空軸の上端部を水面上において接続し、その中空
軸の上端部に空気入口を形成し、またその中空軸の水面
下における下端部の周囲に平面羽根を放射状に複数枚設
け、該平面羽根の取付部の近傍における中空軸に空気出
口を形成し、この空気出口と、前記空気入口とを該中空
軸内の空気通路を介して連通するものである。
【０００３】水面上のモータによって中空軸を回転する
とき、前記平面羽根は水面下において、中空軸を中心と
して回転し、それにつれてその部分の水も回転し、その
放射方向に向って流れるので、中空軸の近傍の水の圧力
が低下し、この近傍に形成されている中空軸の空気出口
から空気を吸込んで、前記水の流れに気泡になって混入
するものである。
【０００４】斯様にして水中に混入した多数の気泡は、
其のままの大きさで或いは複数の気泡が一つに纏まって
大きくなって、水槽内の水中をその浮力で上昇し、この
間に水と接触し、該気泡中の酸素は水に溶解する。従っ
て、水に溶解する酸素の量は前記回転羽根から水面まで
の水深即ち、気泡が発生してから水面に浮き上るまでの
距離に比例して増大する。
【０００５】この為、回転羽根と水面上のモータとの長
さはできるだけ長くすることが望ましい。しかし、この
長さを大きくすると水面上に据え付けたモータと回転羽
根とを結合する回転軸も長くなり、回転時振動等の支障
を生ずるおそれがあるので、その長さ及び溶解する酸素
量には自ら限度がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、汚
水槽の水面から回転羽根までの長さ、即ち水深に影響さ
れずに、水中に溶解する空気中の酸素の量を増大すると
ともに、モータの回転を回転羽根に振動等の支障を発生
することなく伝動でき、長期間の使用に耐えられるよう
にすることである。
【０００７】他の目的は、前記水中に溶解する空気中の
酸素の量を増大する際、一旦水中に吸引して形成したま
まの大きさの気泡を更に微細化して、その気泡と水との
接触面積を一層大きくすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の気液混入装置
は水管内に平板状回転羽根の回転軸を該水管の流れ方向
と平行に設け、該平板状回転羽の基端部の近傍の上流側
に空気パイプの一端の開口部を臨ませ、その他端の開口
部を前記水管外の大気中に配置する気液混合装置におい
て、該平板状回転羽根の平板面とその基端部および先端
部を、該回転軸の軸心方向に対して夫々平行にして、水
管内の水とその中の気泡に軸心部から遠心力で管壁部に
向かう流れＡ３を発生させ、その回転羽根の先端部の回
転と前記流れＡ３で水中の気泡を微細化するものであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に示す如く、金属又は合成樹
脂等で形成した水管１内にその流れ方向Ａ１と平行に平
板状回転羽根３の回転軸２を設け、該平板状回転羽根３
の基端部３ａの近傍の上流側３ｂに空気パイプ４の一端
の開口部４ａを臨ませ、その空気パイプ４の他端の開口
部４ｂを前記水管１の外部の大気中に配置し、該平板状
回転羽根３の平板面とその基端部３ａおよび先端部3c
を、該回転軸２の軸心方向に対して夫々平行にするもの
である。
【００１０】前記回転羽根３の回転軸２にモータ５を直
結し、これを同じ水管１内にブラケット６で固定し、該
モータ５によって回転羽根３を回転し、水管１内の液体
を回転する。この際その液体は回転羽根３の基端部３ａ
から先端部３ｃに向って遠心力による流れＡ３が発生
し、先端部３ｃ付近の液体は正圧に加圧され、基端部３
ａの近傍及びその上流側３ｂの液体は負圧になる。
【００１１】この際、該基端部３ａの近傍の上流側３ｂ
における液体の負圧部に開口している空気パイプ４の一
端の開口部４ａと大気中に開口している他端の開口部４
ｂとの間に空気の圧力差が生じ、大気中の空気は前記上
流側３ｂの液体中に気泡となって吸引され、前述の如く
遠心力による流れＡ３によって水管１の軸心部から水管
１の管壁部に向って流動し、この際の回転羽根３の先端
部３cの回転と管壁部に向かう流れＡ３によって前記吸
引された気泡は液体中で無数に微細化され、液体との接
触面積を増大する。
【００１２】従って、空気パイプ４から吸引された大気
中の酸素は液体中に能率的に溶解する。この状態で回転
軸２の自由端に固定されたプロペラ７の回転によって水
管１内の水はその上流側１ａから下流側１ｂに向って矢
印Ａ１方向に流れる。
【００１３】図２に示す本発明の気液混合装置は、両端
の開放した水平管８ａと垂直管８ｂとからなる曲管８に
おける一方の水平管８ａ内の軸心部に回転軸２を設け、
その回転軸２の外周に平板状の回転羽根３を固定し、回
転軸２の一端にスクリウコンベヤ状の回転羽根９の中心
軸１０の基端部を固定し、また前記回転軸２の他端部を
前記曲管８の外側に向って突出させ、その突出した他端
部にモータ５を結合するものである。
【００１４】曲管８内に液体を充填した状態において、
モータ５で平板状の回転羽根３及び、スクリウコンベヤ
状回転羽根９を回転すると、その回転羽根９のポンプ作
用によって垂直管８ｂの入口から水平管８ａの出口開放
部に向って矢印Ａ８ｂからＡ８ａ方向への液体の流れが
生ずる。
【００１５】このとき、平板状の回転羽根３の回転によ
って、この部分における液体も回転し始め、遠心力の作
用で矢印Ａ３方向の流れが発生し、回転軸付近の液体は
低圧になる。この為、平板状回転羽根３の基端部付近の
上流側に臨んでいる空気パイプ４の出口４ａから、大気
が吸引され、回転中の液体の中に気泡となって混入し、
更に平板状回転羽根３の先端部３cと管壁部に向かう流
れＡ３によって前記気泡を更に微細化し、その後前記ス
クリウコンベヤ状回転羽根９の回転によって、矢印Ａ９
方向に流れる。このとき、前記の気泡は一層細かく細分
化されて多数の微少な気泡になって液体中に混入し、液
体と気泡との接触面積を増大し、酸化作用を活発にす
る。
【００１６】図３に示す気液混合装置は、上流導水管１
９と下流導水管２０との間を中間導水管２１の両端に結
合した二つの曲管８を介して連通し、各曲管の８の水平
部分８ａに前述の図２に示す気液混合装置を配置したも
のである。
【００１７】この気液混合装置は、上流導水管１９と下
流導水管２０との間に介入した曲管８内を矢印Ａ１９か
らＡ２０方向に流動する液体中に大気中の空気を空気パ
イプ４の開口部４ｂから空気フイルタ２８及び開口部４
ａを介して吸入することができるので、この気液混合装
置を用いれば、上流導水管１９と下流導水管２０との間
に気液混合装置専用のケーシングを設ける必要がない。
なお符号２９は逆止弁を表わす。そのため、所定の広さ
の空間に各種化学プラント等を据付ける際、極めて好都
合である。
【００１８】図４に示す気液混合装置は、図３に示す空
気パイプ４の開口部４ｂに設けてある空気フイルタ２８
を除去して、そこに炭酸ガスのガスタンク５１のガス管
５２を連通し、上流導水管１９の上端からトンネル、地
下鉄工事等の際に生ずるアルカリ性排水を矢印Ａ１９で
示すように導入し、曲管８部分の上記排水に、上記ガス
タンク５１の炭酸ガスを気泡にして混入してそのアルカ
リ性排水を中和するものである。
【００１９】図５に示す気液混合装置は、各種汚水の浄
化槽２２内の汚水２３を浄化するためのものであり、該
浄化槽２２内の底面上の水平回転テーブル２４に図２に
示す気液混合装置を据付けたものである。
【００２０】この気液混合装置においてモータ５を回転
すると、スクリウコンベヤ状回転羽根９の回転によっ
て、浄化槽２２内の汚水２３は垂直管８ｂの上流側に連
通する導水管２５の入口２５ａから矢印Ａ２５方向に流
入して、水平管８ａの下流側に連通する排水管２６の出
口２６ａに向って流動する。この際前述のように空気パ
イプ４の開口部４ｂ及び４ａを介して大気中の空気を流
水中に吸引する。
【００２１】斯様にして吸引された空気は、平板状回転
羽根３と配水管２６の管壁部によって流水中で小さく細
分化され、多数の気泡２７になって流れると共に排水管
２６の出口２６ａから汚水２３の中に排出し、浄化槽２
２を矢印Ａ２２方向に流動して、前記導水管２５の入口
２５ａに入る。
【００２２】この間に微細化された多数の気泡２７は、
その周囲の接触面で汚水２３と接触してその中に溶け込
んで、それを浄化する。
【００２３】また水平回転テーブル２４の回転によっ
て、排水管２６の出口２６ａから広い範囲に亘って前記
多数の気泡２７を排出し、浄化槽２２内を全面に亘って
均一に浄化する。
【００２４】前記空気パイプ４の上端の開口部４ｂに空
気フィルタ２８を設け、これを汚水面２３ａの上方の大
気中に配置する。また該空気パイプ４の下部に逆止弁２
９を設けて、モータ５の回転を中止した際、汚水２３が
開口部４ａから空気パイプ４の内部に汚物と共に入り込
んで、それを閉塞することを防止している。
【００２５】図６の気液浄化装置は、前記図５の装置に
おけるそれを浄化槽２２の汚水２３内に設ける代りに、
該浄化槽２２の外側に設けたものに相当する。
【００２６】即ち、浄化槽２２の側壁２２ａの下部に壁
孔３０を形成し、その壁孔３０に前記図６の気液混合装
置の排水管２６を浄化槽２２の外側から内側に向けて水
密に挿入すると共に曲管８の部分を台座３１の上に据付
け、一次浄化水３２を導水管２５から矢印Ａ３２方向に
供給して垂直管８ｂを経て回転羽根３及び９によって流
動し、排水管２６から浄化槽２２内の二次浄化水３３の
下部に向って矢印Ａ３３方向に排水するものである。
【００２７】図７に示す気液混合装置は、図６に示す空
気パイプ４の上端の空気フイルタ２８を除去し、そこに
オゾンガス発生装置又はオゾンタンク５３を連通し、導
水管２５から水道水５４を矢印Ａ３２のように供給し、
曲管８の部分でその水道水５４の中に、オゾンタンク５
３からのオゾンガスを泡状に供給して、オゾン水として
排水管２６から殺菌槽５５内の殺菌水５６内に矢印Ａ３
３の如く供給するものである。
【００２８】図８に示すものは前述の図１〜図７に示す
気液混合装置における各水管１及び水平管８ａの内壁面
の形状とその内壁面内における平板状回転羽根３の配置
状態を示すものであり、水管１の内壁面に縦断面が板状
３４ａ又は山形状３４ｂの複数の突条３４を前記軸心に
向けて突設し、前記回転羽根３の回転と共に回転する液
体３５の回転を妨げ、その回転羽根３の先端部３ｃと内
端面の間に渦３６を発生して、回転羽根３の基端部３ａ
に発生した真空域３ｖに吸引された気泡３ｄをより微細
化する。
【００２９】図９に示す気液混合装置は、竪型の水管１
内に竪型の回転軸２を該水管１内を流れる水の方向と平
行に設け、その回転軸２の周囲に平板状の回転羽根３を
複数枚固定し、該回転羽根３の基端部３ａの近傍の上流
側に空気パイプ４の一端の開口部４ａを臨ませ、その他
端の開口４ｂを前記水管１外の汚水面１３上の大気中に
開口し、また該回転羽根３の基端部３ａの近傍と貯水槽
３７の底部とをポンプ３８、バルブ３９を介入せる吸水
管４０で連通する。
【００３０】前記水管１の底板４１の下部にモータ５を
設け、前記回転軸２の下端部と結合し、同水管１の上端
開口部１ｃを発砲槽４２の底面４２ａに連通し、また同
水管１の内周壁面に板状３４ａの突条３４をその軸に向
けて、軸心と同方向に設ける。
【００３１】発泡槽４２の上部に円錐形の集泡蓋４３を
嵌合し、その集泡蓋４３と泡沫分離器４４とを連管４５
で連通し、発泡槽４２の液面４６から上昇した気泡２７
を泡末分離器４４で液体と空気に分離し、該液体は泡沫
分離器４４の下部に収容し、該空気は大気中に放出す
る。
【００３２】発泡槽４２の液面４６からオーバーフロー
した液体は通路４９を通って浄化槽４７の下部に向って
流れ、この通路の液面５０から上昇した空気は空気孔６
１から大気中に排出される。また浄化槽４７の浄化液面
４８から溢れたものは前述の貯水槽３７に貯水する。
【００３３】図１０に示す気液混合装置は、前記図１の
気液混合装置に於いて、その空気パイプ４と共に液体パ
イプ５７を併設し、その液体パイプ５７の開口部５７ａ
を該空気パイプ４の開口部４ａに隣接して配置し、また
液体パイプ５７の基端部を液体肥料タンク５８に連通
し、その中の液体肥料を流動中の水管１内の水に混入
し、それによって該空気パイプ４を経て供給される空気
と、該液体パイプ５７を経て供給される液体肥料とを一
緒に混合して水耕栽培用水としたものを、水管１の下流
側１ｂから排出するものである。
【００３４】
【発明の効果】この発明は上述のとおり水管内に平板状
回転羽根を回転軸と平行に設けているから、水管内を流
動する水の中に平板状回転羽根の回転によって、その基
端部の近傍に吸い込んだ気泡を一旦遠心力方向に流動
し、回転中の回転羽根の先端部と水管の内壁面との間で
微細化して、その微細化された気泡と水との接触面積を
増大し、水の浄化作用を増進することができる。
【００３５】また、この発明は上述の通りであるから、
汚水槽の水面から回転羽根までの水深が深い場合でも、
その事に影響されずに振動等の支障がなくモータの回転
を回転羽根に伝動することができ、長時間の使用に耐え
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す気液混合装置の一部
分を切断した状態の斜面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す気液混合装置の
一部分を切断した状態の斜面図である。
【図３】本発明の気液混合装置を用いた他の使用状態を
示す側面図である。
【図４】図3の一部を変更した使用状態を示す側面図で
ある。
【図５】本発明の気液混合装置を用いたさらに他の使用
状態を示す側面図である。
【図６】図5の気液混合装置をそれとは異なる別の位置
に設ける状態を示す側面図である。
【図７】図6の一部分を変更した使用状態を示す側面図
である。
【図８】図１〜図7の一部分の拡大斜面図である。
【図９】本発明の気液混合装置を用いたさらに異なる使
用状態の側面図である。
【図１０】図１の気液混合装置と別の使用状態を示す側
面図である。
【符号の説明】
１ 水管 ２ 回転軸 ３ 平板状回転羽根 ４ 空気パイプ ５ モータ ８ 曲管 ３４ 突条 ３７ 貯水槽 ４２ 発泡槽 ４３ 集泡蓋 ４７ 浄化槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−165899（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−154697（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−193194（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−233922（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−129079（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−147768（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−121198（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−44967（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭58−16928（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 3/00 - 3/22 B01F 5/00 - 5/26

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両端の開放した水管内に平板状回転羽根
    の回転軸を該水管の流れ方向と平行に設け、同平板状回
    転羽根の基端部の近傍の上流側に空気パイプの一端の開
    口部を臨ませ、その他端の開口部を前記水管外の大気中
    に配置する気液混合装置において、該平板状回転羽根の
    平板面の回転によって水管内の軸心部から遠心力で管壁
    部に向かう流れＡ３を発生させ、その回転羽根の平板面
    の回転と前記流れＡ３で水中の気泡を微細化するため
    に、該平板状回転羽根の面を回転軸の軸心方向に対して
    平行にすることを特徴とする気液混合装置。
  2. 【請求項２】 両端の開放した直管内に平板状回転羽根
    の回転軸を該水管の流れ方向と平行に設け、同平板状回
    転羽根の基端部の近傍の上流側に空気パイプの一端の開
    口部を臨ませ、その他端の開口部を前記水管外の大気中
    に配置する気液混合装置において、該平板状回転羽根の
    平板面とその基端部および先端部を、夫々水管内の軸心
    部から遠心力で管壁部に向かう流れＡ３を発生させ、そ
    の回転羽根の先端部の回転と前記流れＡ３で水中の気泡
    を微細化するために、該回転軸の軸心方向に対して平行
    にすることを特徴とする気液混合装置。
  3. 【請求項３】 両端の開放した曲管における一方の直管
    内に平板状回転羽根の回転軸を該水管の流れ方向と平行
    に設け、同平板状回転羽根の基端部の近傍の上流側に空
    気パイプの一端の開口部を臨ませ、その他端の開口部を
    前記曲管外の大気中に配置する気液混合装置において、
    該平板状回転羽根の平板面とその基端部および先端部を
    夫々水管内の軸心部から遠心力で管壁部に向かう流れＡ
    ３を発生させ、その回転羽根の先端部の回転と前記流れ
    Ａ３で水中の気泡を微細化するために、該回転軸の軸心
    方向に対して平行にすることを特徴とする気液混合装
    置。
  4. 【請求項４】平板状回転羽根の回転軸にその軸心方向に
    対して傾斜する面を形成する回転羽根を前記平板状回転
    羽根とは別に設けることを特徴とする請求項１記載の気
    液混合装置。
  5. 【請求項５】 両端の開放した水管が、水槽内の循環水
    の流れと平行に配置されていることを特徴とする請求項
    １記載の気液混合装置。
  6. 【請求項６】 両端の開放した曲管が、水槽内に配置さ
    れていることを特徴とする請求項３記載の気液混合装
    置。
  7. 【請求項７】 両端の開放した曲管が、水槽外に配置さ
    れていることを特徴とする請求項３記載の気液混合装
    置。
  8. 【請求項８】 回転羽根の基端部を取付けられた回転軸
    の一端にモータの出力軸が結合され、またそのモータが
    水管内に設けられていることを特徴とする請求項１記載
    の気液混合装置。
  9. 【請求項９】 回転軸の一端にモータを結合してそのモ
    ータを、両端の開放せる直管内に設けることを特徴とす
    る請求項１記載の気液混合装置。
  10. 【請求項１０】 回転軸の一端に結合されたモータを両
    端の開放せる曲管外に設けることを特徴とする請求項３
    記載の気液混合装置。
  11. 【請求項１１】 両端の開放した水管の内壁面に複数の
    凸条を該水管内の流水方向と平行に設けることを特徴と
    する請求項１記載の気液混合装置。
  12. 【請求項１２】 水管をその出口が発泡槽の底部と連通
    するように配置し、その水管の入口を貯水槽と連通する
    ように設け、該発砲槽の天井部に集泡蓋を設け、さらに
    発泡槽の上部と前記貯水槽との間を浄化槽を介して連通
    することを特徴とする請求項１記載の気液混合装置。
  13. 【請求項１３】 回転羽根の基端部の近傍の上流側に液
    体パイプの一端の開口部を臨ませ、その他端の開口部を
    前記水管外の液体タンクに連通することを特徴とする請
    求項１記載の気液混合装置。
  14. 【請求項１４】水管内の平板状回転羽根の基端部の近傍
    の上流側にガスパイプの一端の開口部を臨ませ、その他
    端の開口部を前記水管外のガスタンクに連通することを
    特徴とする請求項１記載の気液混合装置。
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