JPH0487602A - 液体中の気泡除去システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は作動油、潤滑油、コート液、塗料、インキなど
の化学液一般、流動性食品などの液体中の気泡および溶
解ガスを除去するシステムに関するものである。

液体中に混入している気体は液体の変質、劣化を生じ製
品不良を起こしたり、液の圧縮性増大、キャビテーショ
ンによるエロージョン、等により機器の振動、騒音、及
び損傷を引き起こす要因となるので除去する必要がある
。

液体中のガス溶解度が大気圧下での値より低下し、不飽
和状態になっている液体は気泡が混入しても溶解ガスが
飽和するまで気泡溶解能力を有するので間接的な気泡除
去効果を生む。このため気泡が混入しやすいシステムで
は液体中のガス溶解度を低下させることが望まれる。

〔従来の技術〕

従来より流体中の気泡除去方法として液体を円筒状通路
に接線方向から導き、遠心力を利用して通路内壁側の圧
力を高くして気泡を旋回中心に集合させ放出する方法は
公知である（特許第１３７１８８９号）。

第７図、第８図は従来技術の一例を示すもので内部に円
筒状の空間部を形成する容器である円錐体又は円筒体１
の蓋２に閉塞された側の端部に、接線方向から液体を流
入する１個又は２個の流入口３を開口させている。流入
口３には流入側配管４を介してポンプ８を接続している
。図中５は円筒体１の他端を閉塞する蓋６には流出ロア
が開口し、流出ロアには流出側配管５が接続している。

上記において、ポンプ３により所要の流入速度で円筒体
１に接線方向から供給された液体は、円筒体１内に旋回
流を形成し、その遠心力により軸中心部の圧力が小さく
なることにより流体中の気泡がこの軸中心部に集合する
。また軸中心部の圧力は流入口３付近が最も低く、下流
に向かって徐々に高くなり、最高値を示した後低くなる
という圧力分布を形成するため、気泡は流入口３付近軸
中心部に集合して気柱１０を形成する。

気泡集合機能をもたせた旋回流により、流入口３付近の
軸中心部の圧力は、円筒体下流側に流体抵抗がない場合
、一般に大気圧より低くなるので、流入口３側の円筒体
１の端部の軸中心に設けた放気管１２がら空気を吸込ん
でしまう。このため、流出側配管５に設けた絞り装置９
により前記流入口３付近の軸中心部の圧力が、大気圧プ
ラス液体ヘッド分の圧力より若干高くなるように絞って
圧力の調整を行う。これを行い放気管１２に設けた開閉
弁１１を開けると、集合した気泡は放気管１２を介して
外部に放出されて、液体中の気泡が除去される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の気泡除去方法は、液体の管内旋回によって管の半
径方向に圧力勾配を発生させ、気泡を管の流入側中央に
集合させるのが基本条件であるため、特定寸法の気泡除
去装置に対し流量を減少させると旋回流速も減少し、圧
力勾配が発生しない状況になると気泡集合機能が失われ
る。

例えば、日本特許第０１３７１８８９号において気泡除
去装置である円筒体の内径４０＋ｎｍ、高さ３６０＋ｎ
ｍ、流入口寸法１０ｍｍ幅Ｘ２０ｒｎｍ高さの装置に対
し、粘度４６ｃＳｔの油圧作動油を用いた場合、第９図
にデータを示すように流量５０Ω／ｍｉｎ以上では気泡
集合効果を有するが、４０Ｑ／ｗｉｎでは機能が低下し
、３０　Ｑ　／＋ｎｉｎ以下では全く機能を失うことが
理解できる（第９図参照）。

流体が少ない場合、例えば２０　Ｑ　／ｍｉｎ以下の条
件に対し、従来技術が提案する構造を流量に対応させて
縮小し旋回流の発生を試みても、流入部や円筒管壁の流
体抵抗が増加する、円筒体の一端に対応するスリットを
正確に加工し接線流を形成させることが困難、接線流が
旋回流と衝突干渉する、管内流が乱流になる、などの理
由から旋回流が形成されなかったり、旋回流が発生して
も気泡集合効率が極端に低下する。この傾向は、気泡の
移動抵抗が高く旋回流が粘性抵抗のために急激に減衰し
たので、特に、短い流路距離で軸流に遷移する高粘度流
体において著しい。

以上のことから従来方式は原理的に小流量に適さず、従
って大流量から小流量までの流量変化するシステムには
実用できなかった。

本発明は小流量需要の母機に適用できる液体中の気泡除
去システムを提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するために本発明により液体を供給する
ポンプと：該ポンプの吐出側に接続され、円筒形又は円
錐形の内径に接線流れを生じる流入口と、該流入口の軸
方向逆端面側に設けられた流出口と、前記流入口測の容
器の軸中心端面に設けられた放気口とを有する気泡除去
装置容器と；から構成され、液体中に含まれている気泡
を除去するシステムにおいて、ポンプの吸入側と気泡除
去装置の流出口との間に再循環回路を設けたシステムを
提案する。

更に、ポンプの吸入側に絞り弁を設けた気泡除去システ
ムを提案する。

〔作用〕

本発明のシステムは気泡除去装置から下流に流出する流
体を二方向分岐し、母機などに送られる量とポンプに再
吸入される割合を任意に選定することができるので、液
体の需要がいかなる小流量であろうと高い効率の気泡除
去済みの液体をオンラインにて次工程に送ることができ
る。

また、気泡除去装置を１パス通過させるだけではなく、
ポンプ側に流体をある割合で還流させるので液体の部分
流の気泡除去装置通過頻度を高めることができ、従って
気泡除去効率を上昇させることが可能になる。

気泡除去装置をふくむ本発明のシステムの更に優れた機
能として、流体中の溶解ガスを低減する機能がある。ポ
ンプ吸入側の絞り弁を絞り、絞り弁とポンプ間の圧力を
低下させると流体中の気体溶解度が低下し、溶解気体は
過飽和になるため低下した圧力に対応し容易に流体中に
析出する。ポンプ吸入側で析出した気泡は他の気泡と共
に気泡除去装置に送られ前述の機能により糸外に排出さ
れる。ポンプの吐出圧力は低いので、ポンプ吸入側を負
圧にしてもキャビテーションによるポンプ二〇−ジョン
を起こすなどの本発明のシステム上の問題点は特にない
。

溶解気体が減少し流体の気体不飽和度が高くなると、気
体が流体中に拡散する速度が上昇し、また気体の溶解能
力も向上する。従って、負圧となったポンプ吸入側以外
の領域に気泡が存在すると、溶解度が不飽和状態にある
流体に溶解し短時間に消滅するか小径化し、流体中の気
泡含有量は減少する。

次に上述の液体を還流させた場合の気泡除去効率の変化
向上を数式をもって表す。

Ｑ：ポンプ吐出量 ζ：気泡除去装置での特定気泡径についての気泡除去効
率 β：流体がシステムに流入する時の気泡含有率β′　二
流体がシステムから流出する時の気泡含有率 Ｒ：気泡除去装置から母機・容器などに分流する流体の
割合とする。

液体は気泡除去装置からは分岐管側のみに流出し、また
気泡が除去されても液体量は変化しないと仮定する。タ
ンクから最初液体と共にβＱの気泡が気泡除去装置に送
られ、ここで（１−ζ）βＱに減少し、そのうち（１−
Ｒ）（１−ζ）βＱがポンプ吸入側に還流すると考える
。ポンプ吸入側合流点からポンプ、気泡除去装置、分岐
点を通過し吸入側合流点まで液体が回流する時間をｔと
すると、液体が最初ポンプ吸入側合流点を通過してから
ｔ時間後βＲＱ十β（１−Ｒ）（１−ζ）Ｑが気泡除去
装置に流れる。ここで（１−Ｒ）（１−ζ）ミＸとする
と２を時間後βＲＱ十β（Ｘ十Ｒ）ＸＱが気泡除去装置
に流れる。３を時間後βＲＱ＋β（（Ｘ十Ｒ）Ｘ十Ｒ）
ＸＱが気泡除去装置に流れる。

ｎｔ時間後βＲＱ＋β（Ｘｎ−１＋ＲＸ”＋ＲＸ”・・
・・・・Ｒ）ＸＱが気泡除去装置に流れる。ｎｔ待時間
後らのｔ時間での本気体除去システムによる気泡減少率
は 一般にｔは１秒程度の短時間であるため実用上ｎ→ωと
考えて良くＸく１であるので となり、気泡除去効率はＲ＝１、即ち還流を実施しない
場合より必ず向上する。

分流比Ｒを横軸、除去効率ζをパラメータとして気泡の
除去率β′／βを図に示すと、第６図となる。本計算は
、気泡除去装置により気泡を物理的に除去する効率を算
出したものであり、ポンプ吸入側を負圧にし気体溶解度
をさげることによる気泡溶解機能は含まれていない。気
泡溶解除去は気泡径、液の気体溶解度、気体の液中拡散
速度および時間などに依存するが、本発明によると負圧
領域、気泡が気体不飽和流体にさらされる時間ともに増
大するので、気泡を溶解除去する目的に対しては極めて
有利となる。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

各実施例中間−機能部材には同一参照番号を付している
。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、液体（２１
）を収めたタンク（２２）には取り出し配管（２３）と
ポンプ（２７）が直列に接続され、ポンプ吐出側に円筒
形または円錐形の内壁を有する気泡除去装置（３１）が
接続されている。ポンプ（２７）は電動機（２８）にて
駆動される。

気泡除去装置（３１）の流入側端部の軸中心位置に放気
口（３２）が形成されており、この放気口（３２）に放
気管（３４）が接続され、この管路（３４）中に絞り弁
（３３）が設けられている。

放気管（３４）の先端はタンク（２２）の液体（２１）
中に浸漬するか、大気中に位置させる。

気泡除去装置（３１）の下流側配管（３５）に絞り弁（
３６）が設けられ、配管（３５）は絞り弁（３６）の下
流側にて二方向の配管（３７）（５０）に分岐し、一方
の配管（３７）は絞り弁（３８）を設置し、その下流配
管（３７）を母機容器など次工程機器に接続する。

第１図では母機の一例としてカーテンツーローコータ（
４０）と被塗工材料（４１）を示し、液体（２１）はロ
ールから矢印方向に引出される材料（４１）の塗工に供
される。

他方の分岐配管（５０）は絞り弁（５１）を介在させて
ポンプ吸入側配管（２３）に接続している。

上記回路のポンプ吸入側に圧力計（２６）をポンプ吐出
側に圧力計（３０）を、気泡除去装置（３１）下流の配
管分岐部に圧力計（５２）を組込みそれぞれの位置にお
いて圧力を検出する。

次に作用を説明する。

ポンプ（２７）によりタンク（２２）から吸入される液
体（２１）は気泡除去装置（３１）に送られる。気泡除
去装置（３１）の機能原理は第７図、第８図にて説明記
述したものと同じであり。

装置の寸法、流体流量は効率良く気泡を集合する値とす
る。

液体（２１）は気泡除去装置（３１）に所要の流入速度
で接線方向から供給され液中の気泡は気泡除去装置（３
１）の流入側端部中央に集合する。

絞り弁（３６）は気泡除去装！！！（３１）内に集合し
た気泡を放気口（３２）から押し出す背圧を与えるもの
で、これを絞り背圧を与え気泡除去装置（３１）の一端
中央部の放気口（３２）に接続した配管（３４）より集
合した気泡を放出する。

集合した気泡を外部に放出する速度は絞り弁（３３）に
より制御される。

気泡除去装置（３１）軸中心付近で液中に含有される気
泡を集合させ外部に除去した液体は絞り弁（３６）を通
り分岐部より配管（３７）（５０）、即ち、母機、その
他次工程への配管（３７）とポンプ吸入側へ還流させる
ための配管（５０）とに分岐される。

両者の流量比は配管（３７）（５０）にそれぞれ設置さ
れる絞り弁（３８）（５１）により制御される。

配管（３７）上に流量計を設置し、その計測値により、
また母機や次工程からの指示により絞り弁（３８）（５
１）の開度を決定し配管（３７）（５０）の流量を制御
することもできる。流量計は特に図示していない。

流体の一部の配管（５０）を介しポンプ吸入側配管（２
３）に還流せしめる。還流した液体はタンク（２２）側
から流入した流体と合流しポンプ（２７）に送られ還流
液中に残留する気泡は再び気泡除去装置にて集合除去さ
れる。

液体の還流流量を制御することにより、母機や次工程で
需要される液体の量を極微少量にもできると共に需要液
体の気泡除去率を高めることができる。

以上本発明の第一実施例を第１図によりその構成と機能
につき説明した。第１図において絞り弁（３６）は装置
（３１）内に集合した気泡を放気口（３２）から排出す
る背圧を与えるもので、配管（３５）（３８）（５０）
上で気泡排出に十分な背圧が与えられれば必須の要件で
なく除去可能である。

また絞り弁（３８）（５１）についても配管（３７）（
５０）の流量が容易に制御可能であることの利便性が必
要なければ、これを組込まずコストダウンを計ることも
ある。絞り弁（３６）（３８）（５１）の有無について
第１表の組合せが成立する。

こ九ら絞り弁の有無に関する応用例はすべて本実施例に
組込まれるものとする。

第　　１　　表 第２図に示した第二実施例は、気泡除去された液体を正
確に流量制御し、母機または次工程に送るため第１図の
絞り弁（３８）を計量器（３９）に置換したものである
。計量器（３９）は電動機駈動のポンプであり、定流量
または可変流量のものが用いられ、配管（３７）に設置
した流量計や母機または次工程側から送られる信号によ
り計量器（３９）の流量が制御してもよい。ポンプ吸入
側への還流流量は全流量から計量器（３９）Ｉ流れる流
量を減じたものとなる。

また、絞り弁（３６）（５１）の有無について第１表に
ついて述べたと同様の見地から第２表の組合せが成立す
る。これら絞り弁の有無に関する応用例はすべて本実施
例に組込まれるものとする。

第　　２　　表 第３図は第三実施例を示すもので第１図の実施例におい
てタンク（２２）とポンプ（２７）を結ぶ配管内に絞り
弁（２４）を挿入し、該絞り弁の上流側・下流側の配管
をそれぞれ（２３）（２５）とし、絞り弁（５１）より
ポンプ吸入側に還流される配管（５０）を配管（２５）
に接続した例を示す。

本システムでは絞り弁（２４）（５１）を絞り込むこと
によりポンプ吸入側を負圧にすることができる。これら
の絞り弁の操作に当っては圧力計（２６）の指示値を参
考にする。ポンプ吸入部の負圧に対応し液体中の気体溶
解度が低下、飽和の溶解度以上の気泡が分離するので、
これをポンプ（２７）により下流に送り気泡除去装置（
３１）にて集合させ排出する。気体溶解度の低下してい
る液体は飽和状態まで気体を溶解する機能を持つので、
気泡溶解による消泡能力を発揮する。従って、このシス
テムでは気体分離効率は更に向上する。

第３図の第三実施例に対してはポンプ吸入側の負圧を維
持する上で絞り弁（５１）を必要とするが、本実施例に
おいては第１図で示したと同様絞り弁（３６）（３８）
の有無について第３表の組合せが変形実施例として存在
する。

第　　３　　表 第４図は第四実施例を示すもので、第２図の実施例にお
いてタンク（２２）とポンプ（２４）を結ぶ配管内に絞
り弁（２４）を挿入し、該絞り弁の上流・下流の配管を
（２３）（２５）とし絞り弁５１）よりポンプ吸入側に
還流される配管（５０）を配管（２５）に接続した例を
示す。

本実施例では絞り弁（３８）は不要であり、絞り弁５１
）は必要とすると絞り弁（３６）の有無の二側の実施例
が存在する。

本実施例で、は液体中の溶解気体を気泡として集合分離
させて、液体を正確に流量制御し、母機や次工程に送る
ことができる。

第５図は第１図において気泡除去装置（３１）の下流側
にフィルタ（５３）、冷却器（５４）を組込んだ第五実
施例を示す。

気泡除去装置（３１）の下流に流出する液体のうち母機
や次工程に送られる量を少くすると、ポンプ（２７）に
還流される量が増加し、気泡除去効率が上昇するが、液
体の温度上昇が問題になるケースもあり得る。これに対
してはポンプに冷却装置を組込むとか回路内に適宜、冷
却装置を接続するなどの方策がある。

また、液体中に存在する気泡の除去と併せて、液体中に
存在するダストを除去する場合、気泡除去回路内に適宜
、フィルタを設置し二つの目的を満すことができる。第
５図はその実施例である。

気泡除去装置（３１）の下流にフィルタ（５３）、冷却
器（５４）などの機器を組込むと集合気泡を押出す背圧
が発生するので第５図は絞り弁（３６）を組込まない。

以上本発明は前記の実施例に限定されるものでなく、例
えば各制御弁を経験や計算に基づき固定絞りや小径配管
に置換し、流量制御や配管抵抗を発生させることなど、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加え
得る。

〔発明の効果〕

本発明によるシステムは気泡除去装置に液体を還流させ
るので、液体の需要量が少なくても気泡除去装置への供
給流量を確保できるので、充分気泡を除去した液体を使
用することができるのに加えて、還流により更に気泡を
除去した液体を得ることができるという利点と有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシステムの第一実施例を示し、第
２図は第二実施例を示し、第３図は第三実施例を示し、
第４図は第四実施例を示し、第５図は第五実施例を示し
、第６図は液体を還流させた時の気泡除去効率を示すグ
ラフであり、第７図は従来の気泡除去装置の縦断面略図
であり、第８図は第７図の断面線８−８を示し、第９図
は気泡除去装置内の液体の圧力変化を示すグラフである
。 ３１・・・気泡除去装置、５１・・・絞り弁、２７・・
・ポンプ、２２・・・タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体を供給するポンプと：該ポンプの吐出側に接続
   され、円筒形又は円錐形の内径に接線流れを生じる流入
   口と、該流入口の軸方向逆端面側に設けられた流出口と
   、前記流入口測の容器の軸中心端面に設けられた放気口
   とを有する気泡除去装置容器と；から構成され、液体中
   に含まれている気泡を除去するシステムにおいて、ポン
   プの吸入側と気泡除去装置の流出口とを絞り弁を介して
   接続していることを特徴とする気泡除去システム。 ２、液体を供給するポンプと；該ポンプの吐出側に接続
   され、円筒形の内壁に接続流れを生じる流入口と、該流
   入口の軸方向逆端面側に設けられた流出口と、前記流入
   口測の軸中心端面に設けられた放気口とを有する気泡除
   去装置と；から構成され、液体中に含まれている気泡を
   除去するシステムにおいて、前記気泡除去装置の流出口
   に計量器を設けていることと、該計量器と流出口との間
   とポンプの吸入側とを相互に接続していることを特徴と
   する液体中の気泡除去システム。 ３、液体をタンクから供給するポンプと；該ポンプの吐
   出側に接続され、円筒形の内壁に接線流れを生じる流入
   口と該流入口の軸方向逆端面側に設けられた流出口と、
   前記流入口測の容器軸中心端面に設けられた放気口とを
   有する気液除去装置と；から構成され、液体中に含まれ
   ている気泡を除去するシステムにおいて、ポンプの吸入
   側と気泡除去装置の流出口とを絞り弁を介して接続して
   いることと、放気口と液体のタンクとを接続しているこ
   ととを特徴とする液体中の気泡除去システム。 ４、請求項１〜４項のうちいずれかの１項に記載の液体
   中の気泡除去システムにおいて、ポンプが可変容量ポン
   プであることを特徴とする液体中の気泡除去システム。 ５、請求項第１〜３項のうちいずれか１項に記載の気泡
   除去システムにおいて、ポンプが定容量ポンプであるこ
   とを特徴とする液体中の気泡除去システム。 ６、請求項前項のうちいずれか１項に記載の気泡除去シ
   ステムにおいて、ポンプの吸入側と液体タンクとの間に
   絞り弁を設けていることを特徴とする気泡除去システム
   。