JPH057752A - 液体と気体との攪拌混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水中で外殻体内の駆動体を高速回転させて空気
を水に溶け込ませる攪拌混合装置において、気泡の発生
効率を向上させる。 【構成】空気中に開口した上端開口部４を水面上に突出
位置させて配置した直線円筒状の外殻体２に直線円柱状
の駆動体１を挿入組付けースし、外殻体２と駆動体１と
の間の間隙７を駆動体１の高速回転時に水がこの間隙７
内に侵入位置することができる範囲でできる限り小さい
値に設定した装置において、駆動体１を間隙７内に侵入
位置する水に遠心力が作用する範囲の１０〜２０ｍ／ｓ
の周速で回転させる。周速がこれよりも小さいと気泡が
粗大になり、またこれよりも大きいと駆動体１の外周面
と水との間に滑りが生じて気泡の発生効率が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体中に気体をより
効率良く溶け込ませるようにした液体と気体との攪拌混
合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水等の液体中に空気等の気体を気泡状に
して供給し、この気体を液体に溶け込ませようとする場
合に、気泡が大きいと浮力により短時間の内に液面まで
浮上してしまい、気体が液体に溶け込むのに充分な時間
の間、気泡を液中に止めておくことができないことか
ら、気体雰囲気中の液体を激しく渦流運動させることに
より液体中に極めて小さい気泡を発生させ、この極めて
小さいかつ多数の気泡を液体中に長時間位置させること
により、気体の液体内への溶け込みを効率よく達成する
ようにした液体と気体との混合攪拌装置が提案されてい
る（特公昭６１−３６４４８号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６１−３６
４４８号公報に示された装置は、混合される気体雰囲気
中に開口した上端開口部を混合される液体液面上に突出
位置させて配置された直線円筒形状の外殻体と、この外
殻体の全長にわたり同軸心上に挿入組付ケースされ、高
速で回転駆動される直線円柱形状又は直線円筒形状の駆
動体とからなり、前記外殻体と前記駆動体との間の間隙
をこの駆動体の高速回転時に前記液体がこの間隙内に侵
入位置することができる範囲で、できる限り小さい値に
設定した構成となっており、高速で回転駆動される上記
駆動体の回転数は７０００ｒｐｍ以上、更には８０００
ｒｐｍ以上が望ましいとされている。

【０００４】ところで、このような装置における液体と
気体との攪拌混合は液体及び気体の粘性に基づくもので
あるが、発明者らが実験で確認したところによれば、液
体中に極めて小さい気泡を効率的に発生させるには、駆
動体の周速に適正な範囲があることが判明した。すなわ
ち、この発明は、上記特公昭６１−３６４４８号公報に
示された技術を更に発展させたものであり、特に水中に
極めて小さい空気の気泡を効率的に発生させることにで
きる液体と気体との攪拌混合装置を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、外殻体と駆動体との間の間隙内に侵入
位置する液体に遠心力が作用する範囲の周速で前記駆動
体を回転させるものとする。特に、水と空気とを攪拌混
合する場合においては、駆動体の周速を１０〜２０ｍ／
ｓに設定するのがよい。上記駆動体の下端部には、液体
の深さに応じて、上記外殻体の下端開口部から下方に放
出される気泡を含んだ液体を斜め上又は斜め下に放射す
る放散板を設けるのがよい。

【０００６】

【作用】外殻体内で駆動体が高速で回転駆動されること
により、外殻体の下端開口部から気泡を含んだ液体が下
方に放出されるのは、液体が駆動体の回転に伴って運動
し、激しい渦流により気体を巻き込むとともに、遠心力
により外殻体の下端開口部から押し出される作用によ
る。このような液体の運動は液体がその粘性により駆動
体外周面と連れ回りすることによって引き起こされるも
のであるから、液体に充分な運動を与えるためには駆動
体の周速はできるだけ大きいことが望ましい。特に、気
泡の細分化は渦流運動によって行われるので、気泡を極
めて細かいものにするためには、渦流運動を極めて激し
いものにする必要がある。

【０００７】一方、駆動体の外周面は極めて円滑な面に
仕上げておく必要があり、この外周面が平滑でないと液
体との間の摩擦により駆動体に振動が発生し、気泡を所
望の細かさに分割するまで周速を上げることができなく
なる。ところが、実験の過程で外周面が極めて平滑な駆
動体の周速を次第に大きくして行くと、ある段階で気泡
の発生効率が低下してしまうことが見出された。そこ
で、この現象について考察したところ、駆動体の周速が
余り大きくなるとその平滑な外周面と液体との間に滑り
が発生し、液体の連れ回りが悪くなって遠心力が低下す
るためであることが判明した。

【０００８】すなわち、駆動体の周速には液体の粘性に
応じた適正範囲があり、周速が小さすぎると気泡が粗大
となり、逆に周速が大きすぎると駆動電動機の動力が上
昇する一方で気泡の発生量がかえって低下するという現
象が生じる。実験によれば、水と空気との攪拌混合の場
合、１０^-5 ｍｍ以下の径の気泡を効率良く発生させる
のに適した周速は１０〜２０ｍ／ｓであった。したがっ
て、駆動体の回転数はその外径寸法と液体の粘性に応じ
た周速の適正値とに基づいて定めなければならない。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す水と空気との
攪拌混合装置の一部縦断面正面図である。図において、
攪拌混合装置は直線円筒形状の外殻体２と、直線円柱形
状の駆動体１とから構成されている。外殻体２はその上
端で水面直上に不動に配置されたベース板９に、その筒
壁３の上端開口部４が閉塞されない状態で固着され、攪
拌混合される空気雰囲気中に開口した上端開口部４が攪
拌混合される水面上に突出位置させて配置されている。
そして、水中における筒壁３の上部には窓孔６が開口さ
れ、また下端開口部５は水中に開口した構造となってい
る。窓孔６にはごみが侵入しないようにネット６ａが張
られている。ベース板９上には、これとの間に一定の間
隔を形成して取付け板１０が固定されており、この取付
け板１０に駆動源であるモータ１１が固定されている。

【００１０】また、駆動体１は、上記した外殻体２より
も大きな長さを有するとともに、外周面が極めて円滑に
された構造となっており、外殻体２内に同軸心状に挿入
組付けされている。なお、外殻体２と駆動体１との間に
形成された間隙７は、駆動体１の高速回転時に水がこの
間隙７に侵入位置することができる範囲でできる限り小
さい値に設定されている。駆動体１は、モータ１１が取
り付けられた取付け板１０に固定された軸受体１４によ
り、上方に延出した上部が強固に保持され、安定した状
態で高速回転することができるようになっている。そし
て、ベース板９と取付け板１０との間に位置した駆動体
１部分にはプーリ１２が固着されており、モータ１１の
軸に固着されてベース板９と取付け板１０との間に位置
した駆動プーリ１３との間に伝動ベルトが掛け渡されて
いて、駆動体１は１０〜２０ｍ／ｓの周速で回転駆動さ
れるようになっている。

【００１１】外殻体２の下端開口部５からは、後述する
ように空気が混合された水が放出されるが、この水を水
中に広範囲に分散させるために、駆動体１の下端部に円
板状の放散板８が取り付けられている。この放散板８は
駆動体１の高速回転に伴って外殻体２の下端開口部５の
直下の水中に放射方向の水流を形成する。外殻体２の下
端開口部５から放出された空気を混合した水は、この水
流に乗って四方に分散することができる。

【００１２】このような構成において、外殻体２と駆動
体１との間に形成される間隙７内には、外殻体２の筒壁
３の窓孔６、及び外殻体２の下端開口部５から水が侵入
位置しているとともに、外殻体２はその上端開口部４が
常時開放状態にあるので、この上端開口部４から空気が
供給される状態にある。この状態から、駆動体１を１０
〜２０ｍ／ｓの周速で回転させると、駆動体１の外周面
に接触する間隙７内の水及び空気は、その粘性により駆
動体１の回転動作に追従して回転し、激しい渦流運動を
し、また遠心力により外殻体２の内周面付近の圧力が上
昇して下方に移動する。渦流運動により水中に引き込ま
れた空気は、駆動体１の高速回転動作と水の激しい渦流
運動とにより、水と激しく攪拌されて細分化され、極め
て細かい気泡に形成される。そして、この気泡は激しく
渦流運動をする水と一緒に外殻体２の下端開口部５から
下方に勢い良く放出され、更に放散板８による放射方向
の水流に乗って遠くまで分散する。

【００１３】間隙７内の空気及び水は駆動体１の高速回
転動作により、外殻体２の下端開口部５から外部に放出
されるため、この間隙７内の水面は低下することになる
が、水面真下の外殻体２の筒壁３には窓孔６が開口され
ているので、間隙７内にはこの窓孔６を通して常に水が
供給されることになり、このため間隙７内の水位は、こ
の窓孔６よりも下がることがない。なお、図示実施例で
はプーリ１２，１３間の伝動ベルトを介して駆動体１を
回転させているが、駆動体１をモータ軸に直結させて駆
動することも可能である。

【００１４】図２の（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ放散板８
の別の実施例を示すものである。図１の円板状の放散板
８は外径が外殻体２の内径よりも小さく、外殻体２の下
端開口部５から下方に放出された水は図１に矢印で示す
ようにやや下向きに放散される。（Ａ）は放散板８を上
に凸な皿状としたもので、放散される水は更にに下向き
となり水中の深部まで気泡が分散する。このような放散
板８は駆動体１の水中長さに比べて水深が深い場合に適
する。これに対して、（Ｂ）は放散板８を上に凹な皿状
とし、また（Ｃ）は外径が外殻体２の内径よりも大きい
円板状としたもので、図に矢印で示す通り気泡を含んだ
水は斜め上方に放散され気泡は水面近くまで分散する。
このような放散板８は外殻体２が水槽の底部に開口する
場合に適する。

【００１５】

【発明の効果】この発明は駆動体の周速に着目し、この
周速が小さすぎても大きすぎても所望の気泡が効率的に
得られないことを実験的に突き止めたもので、特に水中
に空気を溶け込ませる場合には駆動体の周速を１０〜２
０ｍ／ｓに設定することにより、駆動体の外径寸法に関
わらず極めて微細な気泡を効率よく発生させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す一部縦断面正面図であ
る。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ放散板の異なる実施
例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動体 ２ 外殻体 ７ 間隙 ８ 放散板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】混合される気体雰囲気中に開口した上端開
   口部を混合される液体液面上に突出位置させて配置され
   た直線円筒形状の外殻体と、この外殻体の全長にわたり
   同軸心上に挿入組付けされ、高速で回転駆動される直線
   円柱形状又は直線円筒形状の駆動体とからなり、前記外
   殻体と前記駆動体との間の間隙をこの駆動体の高速回転
   時に前記液体がこの間隙内に侵入位置することができる
   範囲で、できる限り小さい値に設定してなる液体と気体
   との攪拌混合装置において、 外殻体と駆動体との間の間隙内に侵入位置する液体に遠
   心力が作用する範囲の周速で前記駆動体を回転させるこ
   とを特徴とする液体と気体との攪拌混合装置。
2. 【請求項２】水と空気とを攪拌混合する場合において、
   駆動体の周速を１０〜２０ｍ／ｓに設定したことを特徴
   とする請求項１記載の液体と気体との攪拌混合装置。
3. 【請求項３】外殻体の下端開口部から下方に放出される
   気泡を含んだ液体を斜め上又は斜め下に放射する放散板
   を駆動体の下端部に設けたことを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の液体と気体との攪拌混合装置。