JPS6068037A - 気液混合物の製造方法およびその装置 - 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】 本発明は、気液混合物特に水に対する空気のように液体
に対して溶解度に限度のある気体と液体との混合物の製
造方法および該方法に使用する装置に関するものである
。

気液混合物の製造方法としては、水と空気との場合を例
として説明すると、従来は通常次の方法によっていた。

すなわち。

１）金網、またはポーラスな焼結金属やセラミックを介
して水中に細分化した空気を噴出させる方法 ２）スリットあるいは多数の微小孔のあいた壁面より空
気を水中に噴出させる方法 ３）スタティックミキサーのように流ｎの偏向板を有す
る。水で充満した閉鎖管路中に空気を噴出させ、管路中
を繰り返し水を循環させることによって空気塊を微細化
する方法　。

などによっている。

しかしながら上記従来の方法では、いずれも機械的手段
によって空気を細分化するため１例えば１）および２）
の方法では微小孔の孔壁と空気との表面張力によって気
泡径の大きさに限度があり、直径２００〜３００μｍ以
上の気泡の分散した水・空気混合液しか得られない。ま
た、同様に上記３）のように偏向板などで空気塊を細分
化する方法でも流速その他に限界があるため、前記とほ
ぼ同様な大きさ以上の気泡を含む水・空気混合液しか得
られない。しかして９このように比較的大きな径の気泡
の場合には、気泡同士の合体が生じたり、また気泡の浮
上速度が５０副／秒以上と大きく水との分離が速いなど
のことから長い量水・空気混合状態を保つことができな
いという欠点を有している。

本発明は上記従来の欠点を解決するためのもので、液体
中に微小な気泡特に直径１００μｍ程度の気泡を含有す
る気液混合物を製造する方法を提供することを目的とす
る。

また本発明は、上記に関連して液体中に気体が気泡とし
て分散している状態の長い気液混合物を製造する方法を
提供することを目的とする。

更に本発明は、均一な気泡径を有し、かつ気泡数のみを
変えた任意のボイド率（気液混合割合）の均質な気液混
合液の製法を提供するこ々を目的とする。

また史に９本発明は上記製造方法に使用する装置を提供
せんとするものである。

本発明の気液混合物の製造方法は、気密タンク系内に液
体と加圧気体とを供給し、該タンク系内で該タンク系内
の液体を加圧気体中に噴出し循環させたのち、該液体を
タンク系外に減圧吐出して液体中に微小気泡を分散する
ようにしたことを特徴とする。

上記において噴出循環させる液体は、効率よく溶解させ
るには気体が完全溶解されていない液体がよいこきから
、好ましくは気体含有量の少い液体とする。

本発明は、気密タンク系内で得らｎた気体含有液体をタ
ンク系外に適当な条件下で減圧放出させることによって
気体を所望の大きさの微小気泡の状態で含有する液体を
得ることができる。

本発明の上記方法に使用する装置は、液体と加圧気体と
を収容するための少くとも１個の気密タンクからなる気
密タンク系と、該タンク系の少くとも１個のタンクに接
続された液体供給源と、＃タンク系の少くとも１個のタ
ンクに接続された加圧気体供給手段と、該タンク系内の
液体を該タンク系内の加圧気体中に噴出し循環させる手
段と、該液体をタンク系外に減圧吐出する減圧手段とか
らなり液体中に微小気泡を分散するようにしたことを特
徴とする。

本発明の気密タンク系は１個のタンク７５）らなってい
てもよいが、好ましくは互いに連通された第１の気密タ
ンクと第２の気密タンクとの２個のタンクからなり、第
１の気密タンクに液体供給源と加圧気体供給手段とが接
続されており。

第２の気密タンク内の液体を第１の気密夕／り内の気体
中に噴霧し循環させる手段を備えてなるようにするとよ
い。

以下本発明を従来技術の説明のときと同様に。

水と空気との気液混合物の場合を例としで説明する。

本発明の方法は、水中への空気の溶解量が空気に加える
圧力に依存することを利用するもので、加圧を行なうこ
とにより大気中での水よりも多くの空気を含んだ水が得
られ、そｎを大気中へ減圧放出させることにより、水中
に溶解していた空気を現出させ、微小気泡の分散した水
・空気混合液を作成するものである。

本発明の特徴は、加圧下において水への空気の溶は込み
を促進するために、気密タンク内に適当量の水を供給す
るとともに、該タンク内に加圧空気を印加した後、タン
ク内で水の循珊。

空気相への水の噴出、混合あるいは撹拌を行なうもので
１本発明の方法により水中への空気の溶解を早く行なう
ことができる。

本発明において、水への空気の溶解を促進するための各
種条件１例えば空気の加圧力、循環水量、水温、空気相
への循環水の噴霧粒径等については、実施例とともに以
−ドに説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す模式図で。

２タンク方式の装置を示す。この装置は、水を蓄えるタ
ンク１と夕／り２．水を循環させるための水循環管３．
該循環管３に設けらｎた送水ボンダ４．循猿水噴出ノズ
ル５．タック１に水を供給する水供給管６．加圧空気を
導入する空気供給管７．そして空気を溶解させた水を大
気中に解放吐出させる絞り弁８′を有する吐出管８およ
び２つのタンク１，２を結ぶ連通管９とから基本的にな
り、更ｌこ必要に応じ水温調整用熱交換器１０．水温制
御用温度センサー１１を有する。なお９図中１２は排出
ドレン、１３は圧力ゲージ、１４はバルブを示す。

この装置において、タンク１は水に空気の溶解を促進さ
せるためのものであり、タンク２は単に水を蓄えるため
のものである。いづｎも加圧空気を導入したときの設定
圧力に耐えられるものであわばよい。

本装置によって空気を水に溶解させるには。

まず水をタンク内が大気圧状態においてタンク１上部側
面の水供給管６より導入する。水は連通管９を通してタ
ンク２へも供給される。タンク１では空気相が必要であ
るこさから満水とせず適当な水位で水′の供給を止める
。このとき。

り／り２では水の備蓄のみであるから満水状態トスると
よく、タンク２はタンク１に適当な水位が得らｎ、るよ
うに夕／り１より下位に設置するとよい。水の供給後、
タンク１，２に連通した空気供給管７により加圧空気Ａ
をタンク内に導入する。加圧空気は設定圧力が一定とな
るように保持する。この状態でも空気はタンク１，２の
水面を通して水中へ溶は込むが、その速度は非常に遅い
。例えば、タンク１，２内の水合計６０１に対して５１
のゲージ圧で空気を加圧した場合でも、１日保持した後
この水を大気中に開放しても空気泡の現出は殆んど苓で
ある。

水の循環系は、水供給管６より供給された水が連通管９
を通りタンク２に導かれ、夕／り２下部からの水循環管
３内をポンプ４によって吸引され通過してタンク１上部
に設けられたノズル５から噴出さｎてタンク！内にもど
るように構成さ２１．でいる。循環水はノズル５から噴
出させると粒径が小さな液滴となり、空気との接触面積
が大きくなるため、空気の水への溶は込みが促進され、
溶解飽和する時間が短かくなる。

また、水を循環させることにより均一な溶は込み液とす
ることができる。

空気を溶は込み飽和させた後、タンク２の下部に設けた
吐出絞り弁８′をあけて吐出管８より溶解液を大気中へ
放出させれば、水中に微小空気泡の分散した水−空気混
合液が得らｎる。

なお、水−空気混合液は、必要に応じ、フィルターやイ
オン交換層を通して水を、またフィルターを介して空気
をタンク内に供給して水−空気の混合を計れば不純物の
混入をさけることができる。

水−空気混合液の温度は、水循環回路中に熱交換器１０
を設け、タンク中に設置した温度センサ１１により制御
すれば任意に設定することができる。

水中への空気の溶解を促進させる因子は、圧力、水温な
どがあげられ特に圧力に比例することが知られているが
、これらのほかζこ不発明方法において重要な因子は水
の循猿針である。

第２図は、圧力、水温一定において、水循環量が大気開
放後現出する気泡量の増加に影響を与える状態を示すグ
ラフである。なおボイド率は次式で表わされる。

第２図の結果かられかるように、タンク１．２内の水総
ｆｉ　６０ｔに対して水循環流量を１９〜９ｂｔＡ＋と
変化させても、溶は込み飽和する時間が反比例するのみ
で総循環量でみれば同じである。

すなわち。

総循環量＝循環流量×循環時間 の関係にある。

この場合、ノズル５からの噴霧粒径は２００〜１０００
μｍの間で変化させたが差異はみられなかった。しかし
、ノズルにより噴霧する必要はあり、単にタンク２の水
をタンク１へ回帰させるのみでは空気の溶解は促進され
ない。

次に９本発明方法により空気を水中に溶解。

飽和させたときのボイド率を決定する因子である加圧力
および温度について説明する。

第３図は空気の加圧力、水温が溶解飽和溶液を大気開放
したとき水中に現出する気泡竜に影響を与える様子を示
すグラフである。ボイド率は加圧力に比して正比例し、
６　Ｋｇ／ｃ、ｉ、２８℃で約４％である。空気の水へ
の溶解度は水温の上昇と共に減少するが、空気溶解液の
大気開放時における空気の現出し易さは逆に増加する。

また。

水温の上昇と共に大気開放直後出する気泡の体積は温度
の増加分だけ体積膨張し、増加する。

第４図は、大気開放時に現出する気泡の平均粒径とボイ
ド率との関係を示すグラフである。

図かられかるように、気泡径は夕／り内の圧力が約６　
Ｋｇ／ｃ！ｌまでは８０μｍφの粒径が基調で平均１１
０μｍφと一定である。こｎは加圧力、水温に依存しな
い。加圧力をさらに増加すると、大気開放直後に１〜３
ｆｆｌ＋φ程度の合体気泡がすぐ現わ几９体積ボイド率
は増力口するが微細な空気泡の分散した水−空気混合状
態を保つことができない。

以上説明したように不発明方法によれば、平均粒径１１
０μｍφ、ボイド率５％までの任意量で微小気泡の分散
した均質な水−空気混合液を得ることができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第５図は不発明の第２実施例を示す図で、第１図で示し
た装置が回分式であるとすると本図に示すものは連続式
の装置で、タンク１への水の供給を加圧送水ボンダ１５
によりタンク２の吐出管８からの吐出流量に見合った流
量で供給し。

また同様に加圧空気を空気供給管７ζこよって所定のゲ
ージ圧が保持さｎるように供給することによって連続的
に水−空気混合液を得ることができる。なお１図中第１
図に示したものと同じものには同一符号を付して説明を
省略した。図中、１７はレベルゲージでタンク１内の水
Ｗが一定の水位以下または以上になるとそれぞｎ信号を
発し、信号は比較器１６を径てポンダ１４を作動させる
。なお、この装置ではタンク２内にバッフル板１８を設
けて仕切り、空気溶解量の多い液からタンク２外へ放出
されるようになっている。

第６図は本発明の第３実施例を示す図で、上記第１およ
び第２実施例が２タンク方式であるのに対し１タンク方
式の例である。図に示すようにタンク１′には水供給管
６．空気供給管７が接続さｎており、タンク１′内の水
は水循環撹拌用ボン１２１によって循環するようになっ
ている。

ボンダ２１は、モータ１９によって先端に撹拌羽根を有
する撹拌棒２ｏが回転するとタンク内の水はボンダ２１
内に吸上げられボンダ上部のノズル２２より噴出される
。タンク１′内の水は下端に流通孔１８′を有するバッ
クル板１８によって仕切られていて、夕／り底部の空気
溶解量の少い水が循環するようになっている。

第７図は９本発明の第４実施例を示す図で。

タンク１０１．タンク１０２．用タンク１０ｎとタンク
をｎ個連結した装置で、中央のメインタンク１０１から
溶液を放出して水−空気混合液を得ると共に、タンク１
０２〜１０ｎ中の水をメインタンク１旧へ圧送噴霧し、
水の補給を順次行なうようにしたもので、連続的に効率
よく水−空気混合液を得ることができる。なお、第７図
Ａはタンクの配置を示す平面図で、同図Ｂは立体的配置
を示す断面図である。図中Ａは空気の供給。

Ｗは水の供給を示す。

不発明方法にょｎば、水中への空気の溶解が容易に行な
わイｔ、そして水中への空気の分散を非常に容易にかつ
安定して行なうこきができる。

また、従来法と比較して得らｎた水−空気混合液は、微
小径の均一な気泡が均質に分散しているため、気泡の合
体、気水の分離が生じがたく。

比較的長い時間例えば３分間程度まで気液混合状態を保
つことができる。

以上、不発明を水−空気の混合液の場合を例として説明
したが、不発明はこれに限定さｎることなく、液体に気
体を分散させる方法として。

液体中に無制限に溶解するような気体を除き。

気液の種類を問わず行なうことができる。また。

液体に溶解する固体であわば、不発明方法によって気−
液一固の混合も可能である。

本発明方法によって得らｎた混合物は、均一どご曜ご１
イロ？７＝５ゴ、ボタ↓・Ｃツヒｌ’）　てハ、ぞ７七
二二と４＝シイ・ン一”）　ｒ　１２ン。（＃ξｚｔ「
ど−２３コ一〉λリフ処理液として、また洗浄液などと
して使用することもでき、また汚水処理などのバクテリ
ヤに空気を供給するのｌこ利用することもできる。また
更（乙気体と液体との反応などに利用することもできる
など種々の用途を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す装置の断面模式図。 第２図は、水循環量・とボイド率との関係を示すグラフ
。 第３図は加圧力とボイド率との関係を示すグラフ。 第４図はボイド率と気泡の平均粒径との関係を示すグラ
フ。 第５図は本発明の第２実施例を示す装置の断面模式図。 第６図は本発明の第３実施例を示す断面図。 第７図は本発明の第４実施例を示す図で、第７図Ａは平
面配置図、第７図Ｂは立体配置図を示す。 図中。 ｕ　１．２．１０１．１０２．１０３．１０４．　ｔｏ
ｓ　−、夕ｙ　り３・・・水循環管、　４・・・送水ポ
ンプ５・・・水噴出ノズル、　６・・・水供給管７・・
・空気供給管、　８・・・吐出管９・・・夕／り連通管
、１０・・・熱交換器］１・・・温度セ／す、　１２・
・・排出ドレン１３・・・圧力ゲージ、１４・・・バ／
ｌ／、７’１５・・・水供給ポンプ、１８・・・バッフ
ル板特許出願人　株式会社豊田中央研究所 ？６　図 １３ 矛７　図Ａ オフ　図Ｂ Δ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　気密タンク系内に液体と加圧気体とを供給し、
   該タンク系内で該タンク系内の液体を加圧気体中に噴出
   し循環させたのち該液体をタンク系外に減圧吐出し液体
   中に微小気泡を分散するようにしたこ々を特徴とする気
   液混合物の製造方法。
2. （２）噴出循環させる液体が気体含有量の少い液体であ
   る特許請求の範囲第１項記載の製造方法。
3. （３）液体と加圧気体とを収容するための少くとも１個
   の気密タンクからなる気密タンク系と。 該タンク系の少くとも１個の夕／りに接続さｎた液体供
   給源と、該タンク系の少くとも１個のタンクに接続され
   た加圧気体供給手段と。 該タンク系内の液体を該タンク系内の加圧気体中に噴出
   し循環させる手段と、該液体をタンク系外に減圧吐出す
   る減圧手段とからなり液体中に微小気泡を分散するよう
   にしたことを特徴とする気液混合物の製造装置。
4. （４）気密タンク系が互いに連通さｎた第１の気密タン
   クと第２の気密タンクとからなり、第１の気密タンクに
   液体供給源と加圧気体供給手段とが接続されており、第
   ２の気密タンク内の液体を第１の気密夕／り内の加圧気
   体中に噴霧し循環させる手段を備えてなる特許請求の範
   囲第３項記載の製造装置。