JPS6048068A - 水中に溶存する空気の分離装置 - 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】 本発ＦＪＡは理科物理化学教修具の空気存否説明器の改
良に関するものである。水中に溶存する空気の分離につ
いては、高温の水蒸気中または真空中に細孔より水を噴
出させ脱気することは脱気器として公知である。しかし
ながら装置は複雑であり理科実験の教具としては小型化
するとしても高価となり適邑でない。また水温があがっ
たとき、溶解度の差により器壁に気泡が付着することは
１日常見かけるところであるが、この気泡を捕集するこ
とは容易でない。フラスコに水を入れ、これ金２ 真空ボンダで上部の空気を抜くときは、水の沸騰と脱気
が起るが、この脱気された空気を集めるのも簡単でなく
、まだあまり脱気されない。本発明者は昭和２３年東京
都教育会主催の教員発明展に。

水ｆ、みたしたフラスコと注射器を連結して水中におき
、このフラスコ中の水を注射器で減圧し、その繰返しに
よって脱気する装置を出品し、その後雑誌理科教育にフ
ラスコと注射器の保持方法を変えた装置を発表したが脱
気が十分でなかった。

上記のようなことから水中に空気が溶存していることへ
の実証的な理解が、理科教育においておこなわれていな
い。本発明は前記フラスコと注射器とによる脱気装置を
改良して、フラスコとかん腸器様器とを孔をあけた栓を
とおして連結し、フラスコ゛まだは前記の栓に栓を備え
た脱気孔をもうけた。水中に溶存する空気の分離装置で
ある。図面によって本発明装置の一具体例を説明すると
。

フラスコｌの内壁に密着して着脱自在に設けられたゴム
″１ｉｆｃは軟質プラスチ、りよりなる栓２に２個の孔
を設け、その一方にかん腸器に連通ずる管６をとおし、
これをかん腸器様器の円筒８にゴムまたは軟質グラスチ
ックの管７をもって連結する。

またフラスコｌの器壁に近く栓２にあけられた脱気孔に
脱気管３をとおし、この管にゴムまたは軟質プラスチッ
クの管４をはめ９紙挾物干挾ピンチコック等５で栓をす
る。この部分は第２図のように脱気管３に直接活栓をも
うけてもよいし、第３図に示すように脱気管まだは脱気
孔に差込み栓をしてもよい。上記脱気孔は栓２にのみで
なく、第４図に示すようにフラスコ１の頂部にもうけて
もよい。さらに第５図にしめすように活栓でなく。

差込み栓でもよい。また脱気孔はフラスコ１の他の部分
にもうけてもよい。この装置の作用を説明すると、まず
フラスコ１に水をみだし、かん腸器様器の円筒８をとり
つけたゴムまたは軟質グラスチックの栓２を水中におい
てフラスコ１の開口部にはめこむ。全体に多少存在する
空気は、水中でフラスコ１をさかさにして、かん腸器様
器の活基９に小微動を与えると、栓５をはずしであるゴ
ムまたは軟質グラスチックの管４より外部にでる。

つぎに栓５を管４にとりつけ、フラスコ１内の水と水槽
中の水との接触をたち、フラスコ１を水槽の縁に取付け
た２個の物干挾の間にはさみ、かん腸器様器の円筒８を
手で保持し、活塞９を他の手で引くと、フラスコ１内の
水の一部は連通管６をとおって円筒８内に流入し、フラ
スコ１の頂部に空隙部１０をしょうじ、また円筒８内に
は活塞９との間に真空部をしょうじ、この二つの部分に
水中に溶存する空気が気泡となって一部分離される。

つぎに活基９をはなすと、大気圧によって活塞９は押さ
れ円筒８内の水と空気は管６からフラスコ１内に押出さ
れ、この際空気の一部は目に見えないほどの小気泡とガ
ってフラスコ１内にとどまり。

一部は円筒８内に残る。円筒８を鉛直に保持すれば、こ
の空気は浮力により上方にあるためほとんどがフラスコ
１内にでるが、このようにするには水槽の水深を深くし
なければならず９手による操作もむずかしくなる。つぎ
に活基９を引くと円筒８内には水の流入と気化がおこり
、フラスコ１内では目に見えないほどでおった小気泡は
器内の減圧によって体積をまし目に見得る大きさとなり
。

この気泡の中に溶存する空気が気化し、急速に体積を４
しフラスコｌの頂部に集まる。この繰返しにより活塞を
十数往復させると気化が少な（なるので、栓５をはずし
、活塞を小微動させると円筒８内にあった空気はフラス
コｌ内に浮上する。つぎにフラスコｌを水中でさかさに
し、活塞９を小微動させると脱気された空気はフラスコ
１から脱気管３を−＼て外部にでる。この空気を捕集す
る場合には試験管に水をみたし、さかさにして管４を試
験管に入れ、活塞９を小微動させると試験管の上部にあ
つ凍る。脱気管３を栓２の縁に近く位置させたのは９分
離された空気を全部押出しやすくするためである。第４
図に示すようにフラスコ１の頂部に脱気孔をもうけ、こ
れにつづ〈管に活栓をもうけてもよいが、脱気された空
気の捕集に水槽を深くしなければならず、活栓の上部に
少址の空気があるのをと妙のぞくことが必要であり操作
がむずかしいし装置が高価となる。分離された空気を排
出したフラスコ１ば、栓５で管４をとめ再び脱気を繰返
えす。改良以前の装置では、脱気孔がなく、フラスコの
頂部に脱気された空気がたまってぐると、活塞を引いて
減圧してもその圧力があまりさがらず、そのためフラス
コ内にある目に見えない小気泡が体積をあまりまさず、
この中への脱気が行なわれなくなって脱気の限界があっ
た。

本装置では脱気された免気をとり除くので、活塞を引く
とフラスコの頂部は真空に近くなり、目に見えない小気
泡は体積をオし、との中に溶存空気の脱気が行われる。

なお脱気と同時に水の沸騰も起るので両者は区別できな
いが、活塞が大気圧で押１〜戻されると、フラスコの頂
部の気泡はほぼ大気圧に等しくなり、水蒸気は液化され
て、脱気された気泡だけが残る。捕集された空気は助燃
性があることから酸素の存在を理解することができるし
、さらにその組成において大気中の空気よりも酸素の含
有量が多いことも示すことができる。又この空気をふた
たび脱気された水のあるフラスコ内にもどし、これを静
置させた場合、脱気水中に溶けこむ速さが極めておそい
こと、またこのフラスコを振動させて空気の水への溶解
を早めようとしても、極めてその速さがおそいことなど
空気が水にとける性質についても理解を深めることがで
きる。また脱気された酸素含有量の極めて少ない水に、
めだか、おたまじゃくし等の小動物を入れると、短時間
で仮死状態となり改良前の装置によるよりもあきらかに
脱気されていることをしめす。

水せい昆虫に対する反応、藻類の生育への影響。

微生物細菌等への影響等も学習の対象となりうる。

つぎに一実施例を改良前の装置と比較しながらのべる。

容量２００　ｃｃのフラスコに２０　ｃｃのかん腸器を
連結しフラスコ１の栓２に脱気孔をあけ、これに脱気管
３をとおし、管４をはめ栓５で栓をする。脱気孔を利用
しなければ改良前の装置に相当するわけである。フラス
コに水をみたし水槽の縁に物干挾を２個ならべてとりつ
け、これによって丸底フラスコの丸い部分をはさむよう
にして保持し、かん腸器の活塞９を往復させる。約６０
回往復させると一例として水温２２．０　℃で気泡の体
積３．５ｃｃを得た。気泡の体積を測るにはあらかじめ
既仙景の空気を丸底フラスコに入れ、頂部にできる気泡
の直径を測り、これを何回か行なって気泡の直径と気泡
の体積とのグラフを作っておき、気泡の体積を測定する
。つぎにこの６０回の活塞の往復により脱気された空気
を脱気孔から排出し。

残った空気溶存量の少なくなった水について脱気して見
た。活塞の往復を１５回し集った空気を器外に排出し、
これを１０度繰返した。１度目は１．２ｃｃの空気を得
たが９次第に少なくなり６度目あたりから０．３５　ｃ
ｃ程度に一定した。この脱気量の合計は５．６ｃｃとな
った。かん腸器をとおして水槽の水がフラスコ内にどれ
だけ入りこむかを見るため、バケツの水を染料でそめ活
基の往復１５回脱気を排出、これを１ｏ度繰返してフラ
スコ内の水の着色から、比色法によってフラスコ内の水
と水槽の水がいくら交替したかを測定したところ約１０
ｃｃであった。この水中に含まれる溶存空気量は約０．
２ｃｃであり脱気量の測定に及ぼす影響は実験誤差の範
囲である。従って１５回の活塞の往復で水槽から入る空
気は、活塞の表面に付着しだ水９ 槽の水から円筒内に脱気されたものの集りであると考え
られ、これが１５回の活塞の往復によりこの例では約０
．３５ｃｃである。これによりこの量を差引いて計算す
ると６０回の脱気量Ｉ′ｉ２．１　’ｃｃであり、１５
回１０度の脱気量は１．６ｃｃとなり両者を加えると３
．７ｃｃ　となり大体２００　ｃｃの水中に溶存する空
気の飯をしめす。水槽から入る空気量は水温、かん腸器
等によって少しずつ異るが、大体１５回の往復で０．４
ｃｃから０．３ｃｃ程度である。−例としてこの脱気さ
れた水の溶存酸素量を測定したところ水１０００ｃｃに
つき０．５　ｍｇ　であったが、これを水２００　ｃｃ
中め溶存空気量に換算すると大体０．１ｃｃ程度となり
、２００ｃｃの水中に溶存した約３．５ｃｃ程度の空気
が極めて少ない値まで脱気されたことを示している。つ
ぎに脱気してない水に１５回の活塞の往復、１０度の脱
気の繰返しを行なった。第１度で１．５ｃｃ　第６度か
ら０．４ｃｃずつ１合計脱気量７．７ｃｃでこれから水
槽から入った空気蓋を差引くと＋３．５ｃｃとなり、水
温２５．８℃であり大体はとんど脱気されＩＯ た。この脱気された水中におだましやくしを入れたとこ
ろ、約４０分から１時間程度で多ぐのおたまじゃくしが
仮死または死んだ。６０回１度の脱気水では約３時間生
きており、その差をはっきり示している。なお活塞の往
復により円筒内に入る水槽からの脱気量を減らそうと活
塞に油を塗って見たが、かえって水槽から入る脱気量が
多くなるという予測に反した結果を得ている。この脱気
水中に分離された空気を再び入れ一昼夜静置したところ
約０．７　ｃｃ　より溶けなかった。まだこのフラスコ
を約０．３秒の周期で１０ｃｍの複振幅を与えて１００
回振動させたところ、約０．２ｃａｌ、が溶けず空気が
水にとけにくいことを実験的に示すことができた。フラ
スコ１とかん腸器の円筒８を連結する連通管６は、改良
前の装置では先端が内径１．３蛸程度のガラス製ノズル
を使用したが９例えば１＋ｍｎの小孔をもうけるかわり
に０．５咽の小孔４個をもうけても、脱気作用にほとん
ど影響はなく。

細孔群を作る必要がないことがわかった。そこで禅通管
６は内径３．５Ｉ＋ＩＩＩ＋ないし４．５咽のものをそ
のまま使用している。このように管を太くしたため活基
９の往復に対する水の抵抗力が減り往復の速さが約２秒
程度とはや＜ｆｘす、一連の実験でフラスコｌの頂部の
気泡ｌＯの直径を測りながら製した時間は２２分直径を
測らずに要した時間は１２分であった。直径１咽の小孔
の場合はそれぞれ２５分、Φ９分であったので大部にや
くなった。また活基９の速さがはやく、従ってフラスコ
１内に流入する水の速さがはやいため、はとんど目に見
えない小気泡の集りは、フラスコ１の錐の部分で瞬間的
に白色のかたまりに見える。本装置の効果について考え
ると、１）極度に溶存空気量の少ない本を得ることがで
きる。２）極度に酸素溶存量の少ない水に対する生物の
反応について学習できる。

３）実験をくわしくすれば、大体の空気溶存量の定量が
できる。４）脱気水に脱気された空気をふたたび溶かそ
うとしても、なかなか溶けず水が空気に溶けにくいとい
う性質をよく理解できる。５）フラスコ内で小気泡がサ
イダーのように発生するようすが観察され、水中に空気
が溶存していることが直観的に理解される。６）操作が
極めて簡単であるめで、生徒実験に適する。７）脱気さ
れ捕集された気体が助燃性をもつことから、酸素が存在
していることがわかる。８）さらに酸素の溶存する割合
が空気中よりも多いことが、実験を深めることによりわ
かる。９）装置が極めて簡単であるため安価に製作でき
、従って低学年における生徒実験器具として使用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す水槽および保持装置を
省略した装置の縦断面図であり、第２図ないし第５図は
脱気孔に栓をする他の異った方法をしめす活塞円筒等を
省略した概略図である。 ｌ°°°フラスコ　２・・栓　３・・・脱気管４・・・
ゴム管　５・・・ピンチコック　６・・・連通管７・・
・ゴム管　８・・・円筒　９・・・活基ｉｏ・・・気泡
及び空隙部 瑯ｉ両隊尺匁木夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フラスコとかん腸器様器とを孔をあけた栓をとおして連
   結し、フラスコまたは前記の栓に栓をそなえた脱気孔を
   もうけた。水中に溶存する空気の分離装置。