JPH06502342A - 有機物を含む液体を曝気するためのエアレーションノズル - 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】 有機物を含む液体を曝気するためのエアレーションノズル本発明は、有機物を含 む液体を曝気するためのエアレーションノズルに関するものであり、このエアレ ーションノズルは、少なくとも１つの気体入口開口をもち、内部を通って流れる 液体に気体を混合するための液体ダクトと、液体／気体混合物か内部を流れる混 合チャンバとを含み、液体／気体混合物は混合チャンバを通過した後、差圧によ って拡大チャンバ内で膨張される。また、本発明は、請求の範囲第２４項に記載 したように、麦汁を曝気するための方法に関する。

このようなエアレーションノズル及び方法は周知である。いわゆるベンチュリノ ズルは、日常的に使用されている。かかるベンチュリノズルは、ノズル状に幅狭 にされ次いて拡散されるように拡大された管として設計されている。液体がベン チュリノズルを通って流れる場合には、液体の速度は既存の圧力では増大される 。部分真空が発生する。液体が内部を通って流れるベンチュリノズルに、気体の 流れが供給される場合には、気体は部分真空によりベンチュリ管に吸引され、液 体と混合される。

このようなエアレーンヨンノズルは例えば、麦汁の曝気およびイーストの曝気の ためビール技術において使用されており、或いは例えば二酸化炭素から酸素を取 り去るため濾過水コンディショニング、ビールやミネラルウォータの炭酸飽和、 及び廃水の中和において使用されている。

麦汁の曝気は、特に以下のように取り扱われる。ベンチュリノズルに流入する麦 汁が空気と混合される場合には、麦汁中に空気の微細な分布が達成され、これに より、浮力の影響か確実に作用される。空気の泡か麦汁中で微細に分布すればす る程、浮力の際、泡の被膜がより均一に形成される。ベンチュリノズルの使用に おいては、大量の液体か流れる場合に付加的な推進ポンプの使用を必要とする大 きな圧力かベンチュリ管に発生するのは不利である。さらに、微細な分布は未だ 改良の余地があり、高圧の発生と幅狭の環状隙間により、イーストの曝気におい てイーストの醗酵力か減少する。かかる従来技術を考慮して、本発明は、従来技 術よりも一層微細な分布状態で気体泡を効果的に生成する、有機物を含む液体を 曝気するためのエアレーションノズル及び有機物を含む液体を曝気する方法を提 供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、請求の範囲第１項及び同第２４項に示した特徴に よって達成される。請求の範囲第」項の特徴部分によれば、液体ダクトは、長さ の一部にわたって閉鎖環状チャンバによって囲まれており、環状チャンバには、 気体供給開口が設けられている。液体ダクトの壁には、環状チャンバの領域に、 複数の気体供給開口が形成されている。これにより、気体供給開口を通って流れ る気体を液体の流れのまわりに均一に分布させ、かつ、気体を液体の流れにその 円周全体に沿って均一に供給することができる。

気体供給開口が、気体入口開口によって形成される気体入口面部全体の寸法の少 なくとも１．　５倍の横断面を存しており、過剰圧力が環状チャンバに発生し、 これにより、液体流れを含んでいる液体ダクト内への気体の侵入が可能となる。

液体ダクトと混合チャンバが中空の円筒形状を有し、液体ダクトの内径ｄ１が混 合チャンバの内径ｄ２よりも大きい場合には、液体ダクトは傾斜壁を介して混合 チャンバに至り、混合チャンバは、その内径ｄ、の少なくとも１．５倍に相当す る長さを有しており、差圧による液体／気体混合物の拡大チャンバ内への膨張の 場合には、液体中の気体泡の特に効果的で微細な分散が達成される。これにより 麦汁の曝気の場合には浮力はかなり改良され、その結果、従来技術よりもより均 一で且つコンパクトな泡被膜が形成される。

本発明のエアレーションノズルを使用する場合には、液体の流れを搬送するため に特別な推進力を使用することを必要としない。何故ならば、気体を吸引するの に液体の流れに十分な部分真空を生成する必要がなく、かつ、管を幅狭にしたこ とにより大きな過剰圧力が形成されないからである。

また、液体ダクト内に３〜５バールの過剰圧力で液体を供給するのが特に好都合 であることが明白になった。これは、例えばイーストの場合に製品が流体ひずみ による損傷を受けないという利点を提供する。

上述の利点は、麦汁を曝気する方法において、請求の範囲第２４項の特徴部分に 示した特徴によって達成される。

本発明の別の観点によれば、気体入口開口は、最大ＩＩＩＩＩｌの直径を存する ボアである。これにより、微細な気体の流れが液体の流れを網状に覆う。これら の網状の気体の流れは液体の実質的に表面にととまり、液体の流れと共に＃ｒ斜 壁を介して混合チャンバ内に移動する。気体と液体との混合は、乱流が形成され ることなしに層状に行われ、その結果、液体中に特に均一な泡が形成される。液 体ダクトの壁に環状チャンバの領域に２５〜３０の気体入口開口を形成するのか 特に有利である。さらに、気体入口開口間の距離がそれぞれ少なくとも１００Ｍ である場合には、気体入口開口を、液体ダクトの壁に沿って円周方向に互い違い に配置するのか好都合である。このことの利点として、２つの気体の流れか長さ 方向軸線に沿って液体ダクト内に次々に入って互いに層をなすことはない。すな わち、各気体の流れは、気体網を液体の流れのまわりに生成するのに最適に使用 される。

また、傾斜壁か液体ダクトの外壁の軸線に対して角度αを形成する場合には、そ の角度は最大２２°であるのか好都合である。液体ダクトから小径の混合チャン バへの液体／気体混合物のかかる緩慢な移行は、気体を液体に出来るだけ層状に 導入するために、かつ、エアレーションノズルに高すぎる圧力か発生するのを阻 止するために、必要である。

本発明の好適な実施例によれば、液体ダクトは内スリーブの一部であり、拡大チ ャンバと気体供給開口は外スリーブの一部であり、環状チャンバは、内スリーブ を外スリーブに挿入することによって形成され、内スリーブは内壁を形成し、外 スリーブは環状チャンバの外壁を形成する。かくして、内スリーブは、いかなる 時でも外スリーブから困難なしに分離することができ、これにより、問題を生じ させることなしにエアレーションノズルを清掃することができる。さらに、この ため、エアレーションスリーブの製造を簡単にすることができ、損傷が生じた場 合には、内スリーブ又は外スリーブを他方から独立に交換することかできる。

本発明の実施例の好適な一例によれば、傾斜壁と混合チャンバーは外スリーブに 形成される。本発明の実施例の好適な第２の例によれば、傾斜壁と混合チャンバ は内スリーブに形成されている。

内スリーブか、外径か外スリーブの内径に合致するように形成された少なくとも １つの壁部分を含む場合には、内スリーブは、外スリーブに緊密に当接して安定 位置を占める。

さらに、環状チャンバを両側で密封するのが有利である。何故ならば、これによ り、不必要な圧力容積なしに、所要の過剰圧力を環状チャンバに生成することが できるからである。環状チャンバを密封するために、一方の密封リングを受け入 れるための、円周方向に延び、半径方向に向いた溝を、外スリーブの内壁に或い は内スリーブの外壁に形成するのが好都合である。麦汁の曝気に通常使用されて いるように、密封リングとして０−リングを使用することができるが、エアレー ンヨンノズルの使用の種類に応じて、金属シールやテフロンシールのような他の 密封材料を使用することもてきる。

外スリーブは好適には、内スリーブの一端に、外スリーブへの挿入の際に内スリ ーブか当接するストップ面を有する。このため、内スリーブの外スリーブに対す る位置は、長さ方向においても画定される。内スリーブと外スリーブのスト・ノ ブ面との間にシールを設けるのが都合がよい。環状チャンノくを密封するために 、一方の何てシールを用いることかできる。

本発明の好適な実施例によれば、内スリーブは外スリーブ内に完全に受け入れら れ、ロックを用いてストップ面に押付けられる。すると、内スリーブは、外スリ ーブに対して滑らないように固定される。ロックは好適には、外スリーブにねし 込むことかできる。また、ロックを密封するのか都合が良い。何故ならば、内ス リーブか特に効果的で且つ安定的なやり方で外スリーブに位置決めされ、さらに 環状チャンバか密封されるからである。さらに、ロックがエアレーションノズル の一部である場合には、エアレーションノズルを装置に固定することかできるの が有事ｊである。

別の好適な実施例によれば、ネック取付具は内スリーブの一部であり、内スリー ブは外スリーブを超えて突出し外スリーブと共にカラーを形成し、ユニオンナッ トかカラーに螺合し、内スリーブか外スリーブのストップ面に押付けられている 。さらに、このやり方で、内スリーブは外スリーブ内に安定的に位置決めされる 。内スリーブと外スリーブとの間にカラーにソールが形成される場合には、環状 チャンバの一端を密封するために、このシールを使用することかできる。

気体供給連結具か環状チャンバの気体供給開口に形成されている場合には、工ア レージョンノズルを、特に簡単なやり方で気体供給ラインと連結することができ る。

さらに、エアレーションノズルの両端と気体供給連結具に、標準的な連結具を提 供するのが都合がよい。何故ならば、不必要な労力と時間を費やすことなしに、 所望の装置にエアレーションノズルを固定することができるからである。

本発明によれば、標準的な連結具は、ＤＮ２０−ＤＮ２００の公称輻を存する。

何故ならば、本発明の装置が、これらの漂準寸法用に設計された液体処理量で特 に好適に機能するからである。麦汁の曝気の場合には、麦汁は、３〜５バールの 過剰圧力で且つ０．　２〜２００ｒｒ？／ｈの流量で、液体ダクトに供給される 。

以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。第」図は、本発明に よるエアレーションノズルの第１実施例の横断面図である。第２図は、本発明に よるエアレージ３ンノズルの第２実施例の横断面図である。

第１図及び第２図によれば、エアレーションノズルｌは液体ダクト２を存してお り、液体ダクト２は、その長さの一部にわたって閉鎖環状チャンバ３によって囲 まれている。環状チャンバには気体供給開口４か設けられており、液体ダクト２ の壁には環状チャンバ３の領域に、最大径１ｍｍの２５〜３０のボア５か設けら れている。隣接するボア５の間の距離は少なくともｌ０ｆｆＩＴｌであり、ボア は、円周方向に互い違いに設けられている。気体供給開口４は、ボアによって形 成される気体入口面部全体の寸法の少なくとも１．　５倍の横断面を存する。気 体の流れが気体供給開口４を通って環状チャンバ３に案内された場合には、環状 チャンバに過剰圧力か形成され、気体は、ボア５を通って、液体の流れか案内さ れている液体ダクト２に流入する。ボア５を通って液体ダクト２に流入した気体 の流れは、個々の流線を形成し、これらの流線は、液体ダクト２を通って流れる 液体を網状に包囲する。液体ダクト２は、傾斜壁６を介して混合チャンバ７と連 結されている。混合チャンバ７は、液体ダクト２の内径ｄ１よりも小さな内径ｄ ２を有する。

傾斜壁は、液体ダクト２の外壁の軸線に対して角度α（最大角度は２２°である ）を形成する。混合チャンバ７は、混合チャンバ７の内径り、の少なくとも１５ 倍に相当する長さを有する。この装置では、気体によって包囲された液体は積層 状態に混合され、気体は傾斜壁６及び混合チャンバ７を通って流れ、乱流の発生 を回避する。混合チャンバ７は、拡大チャンバ９のところで終わっており、拡大 チャンバ９では、液体／気体混合物は差圧によって膨張される。到達した液体／ 気体混合物の膨張の際、液体には特に均一で効果的なバブルが形成される。

エアレーションノズルｌは、内スリーブＩＯと外スリーブ１１とに分けられてい る。内スリーブ１０は、内スリーブＩＯが外スリーブＩＩのストップ面Ｉ２に当 接するように、外スリーブＩＩ内に挿入されている。環状チャンバ３は、内スリ ーブ１０と外スリーブ１１とによって形成されている。第１図に示した実施例で は、液体ダクト２、傾斜壁６及び混合チャンバ７は、内スリーブＩＯの一部であ る。拡大チャンバ９の一部は、外スリーブ１１の一部である。内スリーブ１０は 、外スリーブｌｌ内に完全に収容されている。ネック取付具１３がロック１４を 用いて外スリーブ１１にねじ込まれており、これにより、内スリーブ１０は、外 スリーブＩＩのストップ面１２に押付けられる。ロック１４は、０−リングでチ ャンバ３は、過剰圧力か内部て有効に維持されるように、密封されている。

第２図に示した実施例によれば、液体ダクト２とネック取付具１３は、内スリー ブＩＯの一部である。傾斜壁６、混合チャンバ７及び拡大チャンバ９の一部は、 外スリーブ１１の一部である。内スリーブ１０は外スリーブ１１を超えて突出し 、外スリーブ１１と共にカラー１６を形成している。ユニオンナット１８がカラ ーＩ６に螺合され、内スリーブ１０は、外スリーブ１１のストップ面Ｊ２に押付 けられている。環状チャンバ３を密封する、０−リングＩ５を受け入れるための 溝１６が、ストップ面１２と該ストップ面１２で支持されている内スリーブｌＯ の端部との間、及び、カラー１７に内スリーブ１０と外スリーブ１１との間に配 置されている。

麦汁を曝気するプロセスを例にして、エアレーションノズルの機能を以下に説明 する。

麦汁が、ネック取付具１３を介して、３〜５バールの過剰圧力および０．５〜２ ００ｍ／ｈの流量て液体ダクト２に供給される。空気が、気体供給開口４を介し て、３．５〜８バールの過剰圧力および２〜１００リツトル／ｈの流量で環状チ ャンバ３に供給される。気体供給開口４が、ボアによって形成される面部全体の 寸法の少なくとも１．５倍の横断面を有するので、気体は、過剰圧力で環状チャ ンバ内に均一に分布される。気体は、全てのボア５を均一に通って液体ダクト２ に流入し、そこで気体は液体を網状に包囲する。液体と気体は傾斜壁６を通って 混合チャンバ７に一緒に流入する。液体／気体の流れは、液体ダクト２の直径ｄ 、から混合チャンバ７の直径ｄ１に減少させられる。流れの横断面の減少は、連 続的に十分に（即ち、最大２２６の傾斜角度αで）行われ、かかる傾斜は、傾斜 壁６に対して液体ダクト２の外壁の軸線８によって形成されている。空気と麦汁 は、乱流か生じないように、層状に混合される。混合の間、曝気された麦汁は、 混合チャンバ７の直径ｄ２の少なくとも１．５倍に相当する混合チャンバ７の長 さを通って流れる。曝気された麦汁か混合チャンバ７を出るとき、曝気された麦 汁は拡大チャンバ９に入って差圧によって膨張され、麦汁内に泡か効果的に形成 され、泡は極めて均一に分布される。これにより、極めて均一な泡か形成される ように、浮力に影響を及ぼされる。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ 平成　年　月　日

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．有機物を含む液体を曝気するためのエアレーションノズルであって、該エア レーションノズルは、液体ダクトと、液体ダクトを通って流れる液体に気体を混 合するための、少なくとも王つの気体入口開口と、内部を液体／気体混合物が流 れる混合チャンバとを含み、前記液体／気体混合物は、混合チャンバを通過した 後、差圧によって拡大チャンバ内で膨張される、エアレーションノズルにおいて 、 液体ダクト（２）は、その長さの一郭にわたって閉鎖環状チャンバ（３）によっ て囲まれており、閉鎖環状チャンバ（３）には、気体供給開口が設けられており 、 複数の気体入口開口（５）が、液体ダクト（２）の壁に環状チャンバ（３）の領 域に形成されており、気体供給開口（４）は、気体入口開口（５）によって形成 された気体入口面部全体の寸法の少なくとも１，５倍の横断面を有しており、 液体ダクト（２）と混合チャンバ（７）は中空の円筒形状を有しており、液体ダ クト（２）の内径Ｄ１は、混合チャンバ（７）の内径Ｄ２よりも大きく、液体ダ クト（２）は、傾斜壁（６）を介して混合チャンバ（７）に至っており、混合チ ャンバ（７）は、その内径Ｄ２の少なくとも１．５倍に相当する長さを有してい る、 ことを特徴とするエアレーションノズル。
2. ２．気体入口開口（５）は、最大１ｍｍの直径を有するボアであることを特徴と する請求の範囲第１項に記載のエアレーションノズル。
3. ３．液体ダクト（２）の壁には、環状チャンバの領域に、２５〜３０の気体入口 開口（５）が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記 載のエアレーションノズル。
4. ４．気体入口開口（５）間の距離はそれぞれ少なくとも１０ｍｍであることを特 徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに記載のエアレーションノ ズル。
5. ５．気体入口開口（５）は、液体ダクト（２）の壁に沿って円周方向に互い違い に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１つ に記載のエアレーションノズル。
6. ６．傾斜壁（６）は液体ダクト（２）の壁に対して最大２２°の角度を形成して いることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１つに記載のエア レーションノズル。
7. ７．液体ダクト（２）は内スリーブ（１０）の一部であり、拡大チャンバ（９） と気体入口開口（４）は外スリーブ（１１）の一部であり、環状チャンバ（３） は、内スリーブ（１０）を外スリーブ（１１）内に挿入することによって形成さ れており、内スリーブ（１０）は内壁を形成し外スリーブ（１１）は環状チャン バ（３）の外壁を形成していることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項の いずれか１つに記載のエアレーションノズル。
8. ８．傾斜壁（６）と混合チャンバ（７）は、外スリーブ（１１）に形成されてい ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のエアレーションノズル。
9. ９．傾斜壁（６）と混合チャンバ（７）は、内スリーブ（１０）に形成されてい ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のエアレーションノズル。
10. １０．内スリーブ（１０）は少なくとも壁部分を含み、該壁部分の外径は外スリ ーブ（１１）の内径に合致することを特徴とずる請求の範囲第７項乃至第９項の いずれか１つに記載のエアレーションノズル。
11. １１．環状チャンバ（３）は両側が密封されていることを特徴とする請求の範囲 第１０項に記載のエアレーションノズル。
12. １２．環状チャンバ（３）を密封するため、円周方向に延びていて、半径方向に 向けられた溝（１６）が、外スリーブ（１１）の内壁に形成され、或いは、内ス リーブ（１０）の外壁に形成されて各密封リング（１５）を受け入れることを特 徴とする請求の範囲第１２項に記載のエアレーションノズル。
13. １３．外スリーブ（１１）は、内スリーブ（１０）の外スリーブヘの挿入の際、 内スリーブ（１０）の端部のためのストップ面（１２）を有することを特徴とす る請求の範囲第７項乃至第１２項のいずれか１つに記載のエアレーションノズル 。
14. １４．シール（１５、１６）が、内スリーブ（１０）と外スリーブ（１１）のス トップ面（１２）と間に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１３項に 記載のエアレーションノズル。
15. １５．内スリーブ（１０）は外スリーブ（１１）内に完全に受け入れられ、ロッ ク（１４）でストップ面（１２）に押付けられていることを特徴とする請求の範 囲第１３項又は第１４項に記載のエアレーションノズル。
16. １６．ロック（１４）は外スリーブ（１１）にねじ込むことができることを特徴 とする請求の範囲第１５項に記載のエアレーションノズル。
17. １７．ロック（１４）は密封されていることを特徴とする請求の範囲第１５項又 は第１６項に記載のエアレーションノズル。
18. １８．ロック（１４）はネック取付具（１３）の一部であることを特徴とする請 求の範囲第１７項に記載のエアレーションノズル。
19. １９．ネック取付具（１３）は内スリーブ（１０）の一部であり、内スリーブ（ １０）は外スリーブ（１１）を超えて突出し外スリーブ（１１）と共にカラー（ １７）を形成しており、ユニオンナット（１８）がカラー（１７）に螺合され、 内スリーブ（１０）は、外スリーブ（１１）のストップ面（１２）に押付げられ ていることを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項に記載のエアレーショ ンノズル。
20. ２０．シールが、カラー（１７）に内スリーブ（１０）と外スリーブ（１１）と の間に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のエアレーシ ョンノズル。
21. ２１．気体供給連結具が、環状チャンバ（３）の気体供給開口（４）に形成され ていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第２０項のいずれか１つに記載の エアレーションノズル。
22. ２２．エアレーションノズル（１）と気体供給連結具の両方の端部には、標準的 な連結具が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１３項の いずれか１つに記載のエアレーションノズル。
23. ２３．標準的な連結具は、ＤＮ２０〜ＤＮ２００の公称幅を有することを特徴と する請求の範囲第２２項に記載のエアレーションノズル。
24. ２４．麦汁を液体ダクト（２）に導入し、空気を麦汁に供給し、空気と麦汁の混 合物を混合チャンバ（７）に通し、混合チャンバ（７）を出るとき差圧により膨 張させる、麦汁を曝気する方法において、混合される空気の量を、液体を通る麦 汁の量よりもかなり少なくし、麦汁を３〜５バールの過剰圧力で且つ０．５〜２ ００ｍ２／ｈの流量で液体ダクト（２）に供給し、空気を３．５〜８バールの過 剰圧力で且つ２〜１０００リットル／分の流量で麦汁に供給し、空気と麦汁の混 合物の流れの横断面を直径ｄ２に減少させ、該混合物は、直径Ｄ２の長さの１． ５倍に相当する距離に少なくとも沿って混合チャンバ（７）を通って流れ、空気 と麦汁の混合物の流れの横断面の減少は、最大２２°の角度αに相当する勾配で 行われることを特徴とする、麦汁を曝気する方法。