JP2000229229A - 気液混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】気体導入のための外部動力なしの気液混合装置
の提供。 【解決手段】一端に液体流入口102を有すると共に他端
に内径及び外径が漸次小径となるノズル部103を有し、
ノズル部103の先端に液体噴出口104を形成してなる内管
1と、内管1の外側に所定の間隙を有して設けられ、一端
に大気開放された気体取込口203を有すると共に他端に
内管1のノズル部103に沿って内径が漸次小径となる絞り
部202を有してなる外管2との二重管構造を有してなり、
内管1と外管2との間に気体流路4を構成すると共に、外
管2の絞り部202の先端を内管１の液体噴出口104よりも
延設して、絞り部202の先端204と液体噴出口104との間
に液体の噴出時に気体流路4から吸引された気体と液体
とを混合させる気液混合部6を形成し、且つ内管1のノズ
ル部103の外面又は外管2の絞り部202の内面に、気体流
路4から吸引される気体の流れを一定方向に偏向させる
偏向手段7を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中に気体を混
合して気液混合液として噴出させるための気液混合装置
に関し、特に、気体導入のための外部動力なしで液体中
に気体を効率良く混合せしめることのできる気液混合装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液体中に気体（空気）を混合
させ、気液混合された状態の液体を噴出させる気液混合
装置は、例えば活魚等を養殖する養殖用池の水中に酸素
を強制的に送り込むための酸素供給手段等のように各種
分野において広く用いられている。

【０００３】かかる気液混合装置においては、液体中に
気体を如何に効率良く混合させるかが重要であるが、従
来では、ポンプ等の液体供給手段により配管内を流通す
る液体中に、コンプレッサー等の外部動力を利用して強
制的に気体を混入せしめるようにしているものが一般的
である。

【０００４】例えば、特開平７−２２２９４３号公報に
は、内管と外管との二重管構造を有し、ポンプ等の液体
供給手段により内管先端から液体を噴出させると共に、
内管と外管との間隙にコンプレッサー等の外部動力によ
り気体を圧送させ、内管先端から噴出される液体と気体
とを衝突させることにより強制的に気液混合を行うよう
にした二重管構造を有する気液混合装置が記載されてい
る。

【０００５】このような従来の気液混合装置にあって
は、液体及び気体の両者をそれぞれ外部動力を用いて気
液混合装置に供給するようにしているため、外部動力の
設置スペースの確保が余儀なくされるばかりでなく、そ
れだけ動力コストもかかるという問題がある。

【０００６】しかも、このように内管及び外管からなる
二重管構造を有する気液混合装置では、液体及び気体の
各流体を内管又は外管に供給するために、いずれか一方
を装置本体の長さ方向に対して交差する方向から外部動
力と連絡しなくてはならない。このため液体又は気体の
流入口を装置本体の長さ方向に対して交差する側方へ突
出状に形成しなくてはならず、構造の複雑化は到底避け
られない。

【０００７】そこで、本発明者は、液体流路を構成する
内管の外側に外管を被せ、両者の間を気体流路とした二
重管を構成し、該気体流路の一端は大気開放しておき、
液体を内管に供給してその先端の液体噴出口から噴出さ
せると共に、その液体の噴出圧により該液体噴出口の周
囲に臨む気体流路内の気体を巻き込んで気液混合させる
ことにより、特別な外部動力を不要とし、更に構造を単
純化させた気液混合装置を考えた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、気体供給の
ための外部動力をなくして液体中への気体の混合を液体
の噴出圧のみに依存するようにすると、気体の混合状態
が不十分となり、必ずしも効率の良い気液混合が行われ
ないことがわかった。

【０００９】そこで、本発明の課題は、気体導入のため
の外部動力をなくすことにより、設置スペースや動力コ
ストの増大を防ぎ、また装置の形状を単純化させた気液
混合装置でありながらも、液体中に効率良く気体を混合
せしめることが可能な気液混合装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題につ
いて鋭意検討したところ、効率の良い気液混合を行うた
めには、気体の液体への混合時に、液体の噴出圧のみな
らず気体の巻き込み方向が重要であること、更に液体と
気体の流れ方向が重要であることを見出し本発明に至っ
た。

【００１１】即ち、上記課題を解決するための請求項１
に記載の気液混合装置は、一端に液体流入口を有すると
共に他端に内径及び外径が漸次小径となるノズル部を有
し、該ノズル部の先端に液体噴出口を形成してなる内管
と、該内管の外側に所定の間隙を有して設けられ、一端
に大気開放された気体取込口を有すると共に他端に前記
内管のノズル部に沿って内径が漸次小径となる絞り部を
有してなる外管との二重管構造を有してなり、前記内管
と外管との間に気体流路を構成すると共に、前記外管の
絞り部の先端を前記内管の液体噴出口よりも延設して、
該絞り部の先端と液体噴出口との間に液体の噴出時に前
記気体流路から吸引された気体と液体とを混合させる気
液混合部を形成し、且つ前記内管のノズル部の外面又は
前記外管の絞り部の内面に、前記気体流路から吸引され
る気体の流れを一定方向に偏向させる偏向手段を設けた
ことを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記偏向手段は複
数枚の羽根板からなり、各羽根板は、内管又は外管の中
心軸線を通る平面と該内管のノズル部の外面又は外管の
絞り部の内面とが交差する交線に対して１０°〜３０°
の傾きを有して取付けられていることを特徴とする請求
項１記載の気液混合装置である。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記偏向手段は内
管のノズル部の外面に設けられた複数条の凹溝からな
り、各凹溝は、その長さ方向が内管の中心軸線を通る平
面と該内管のノズル部の外面とが交差する交線に対して
１０°〜３０°の傾きを有して設けられていることを特
徴とする請求項１記載の気液混合装置である。

【００１４】請求項４記載の発明は、前記凹溝により、
内管のノズル部の内面側に突出する突条が形成されてい
ることを特徴とする請求項３記載の気液混合装置であ
る。

【００１５】請求項５記載の発明は、前記外管の絞り部
の先端に、前記気液混合部において混合された気液の混
合を更に促進させるための気液混合促進管を連結したこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の気液混合
装置である。

【００１６】請求項６記載の発明は、前記気液混合促進
管内にスタティックミキシングモジュールを有すること
を特徴とする請求項５記載の気液混合装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る気液混合装置の実施
の一形態を示す縦断面図である。

【００１９】図中、１は内管、２は該内管１の外側に設
けられた外管であり、本発明に係る気液混合装置は、こ
れら内管1及び外管２による二重管構造を有している。

【００２０】内管１は、直管部１０１の一端（図示左
側）に、図示しない液体供給手段を介して供給される液
体を流入させるための液体流入口１０２を有すると共
に、その他端（図示右側）に内径及び外径が漸次小径と
なるノズル部１０３が連結されて構成されており、該ノ
ズル部１０３の先端に上記液体流入口１０２より流入さ
れた液体を噴出させる液体噴出口１０４が形成されてい
る。これにより内管１の内部には、液体流入口１０２か
ら液体噴出口１０４へ至る液体流路３が構成されてい
る。

【００２１】外管２は、内径が該直管部１０１よりも大
径に形成された筒状部２０１の他端（図示右側）に、上
記内管１のノズル部１０３に沿って内径が漸次小径とな
る絞り部２０２が連結されて構成されており、上記筒状
部２０１が前記内管１の直管部１０１の外側に位置する
と共に、上記絞り部２０２が前記内管１のノズル部１０
３の外側にそれぞれ位置するように、前記内管１の外側
に略同軸状に設けられている。

【００２２】該外管２の内面と内管１の外面との間、即
ち、筒状部２０１の内面及び絞り部２０２の内面と直管
部１０１の外面及びノズル部１０３の外面との間には所
定の間隙が形成されている。一方、外管２の筒状部２０
１の一端（図示左側）は内管１の直管部１０１よりも短
く、その端部が大気開放されており、該端部に気体を取
り込む気体取込口２０３を有している。従って、内管１
と外管２との間に形成される間隙により上記気体取込口
２０３から取り込まれた気体を流通させる気体流路４が
構成されている。

【００２３】上記気体取込口２０３には、ゴミや埃等の
異物の侵入を防止するため、ネットやメッシュ等のゴミ
避け部材を設けておくことが好ましい。

【００２４】なお、図中、５は内管１の直管部１０１の
外面と外管２の筒状部２０１の内面との間に亘って適宜
数設けられたスペーサーであり、内管１を外管１の内側
に気体流路４となる所定間隙を形成するように固定支持
している。

【００２５】外管２の絞り部２０２の先端２０４は、前
記内管１のノズル部１０３の液体噴出口１０４よりも延
設されて更に先に延びている。これにより該絞り部２０
２の先端２０４と上記液体噴出口１０４との間に、ノズ
ル部１０３の液体噴出口１０４から噴出された液体と該
液体の噴出時に気体流路４から吸引された気体とを混合
させるための気液混合部６が形成されている。従って、
前記気体流路４の気体出口側は前記ノズル部１０３の液
体噴出口１０４の周囲から該気液混合部６に臨むように
設けられている。

【００２６】この絞り部２０２の先端２０４の開口径
は、内管１のノズル部１０３の液体噴出口１０４から気
液混合部６へ噴出される液体によって気体流路４から気
体を円滑に巻き込むようにする関係上、上記ノズル部１
０３の液体噴出口１０４の開口径と略同一か、僅かに大
径であることが好ましい。

【００２７】前記ノズル部１０３における液体噴出口１
０４近傍の外面には、複数枚の羽根板７が設けられてい
る。この羽根板７は、図２（ａ）に示すように、略矩形
状の平板によって形成されてなり、ノズル部１０３にお
ける液体噴出口１０４近傍の外面に一定間隔をおいて適
宜枚数（図示例では４枚）設けられている。

【００２８】なお、図２において、図１と同一符号は同
一構成を示すため説明は省略する。

【００２９】各羽根板７は、内管１の中心軸線ｘを通る
平面とノズル部１０３の外面とが交差する交線ｘ₁に対
して、それぞれ同一方向に所定の角度αだけ傾きを有し
て取付られており、気体流路４内を流通して気液混合部
６へ至る気体の流れの向きを、この各羽根板７によって
一定方向に変え、旋回流とする機能を有している。これ
により各羽根板７は、気体の流れを偏向させる偏向手段
を構成している。

【００３０】この羽根板７の取付け角度αは、気体流路
４から気液混合部６へ至る気体を旋回流とし、ノズル部
１０３の液体噴出口１０４から噴出される液体との混合
を効率良く行わせるために、１０°〜３０°が好まし
い。この範囲を超えると液体の噴出による気体の巻き込
み効果が薄くなり、効率の良い気液混合を行うことが難
しくなる。

【００３１】この羽根板７は、気体の流れを偏向させ得
るようにするために気体流路４中に設けられればよく、
図示するように内管１のノズル部１０３の外面に取付ら
れるものに限らない。即ち、該羽根板７は外管１の内面
に取付けるようにしても上記と同様の機能を果たすこと
ができる。この場合、各羽根板７は、外管２の中心軸線
を通る平面と外管２の絞り部２０２の内面とが交差する
交線に対して、それぞれ同一方向に上記と同様の角度α
だけ傾きを有して取付けるようにすることはもちろんで
ある。

【００３２】また、各羽根板７の形状は、略矩形状の平
板に限らず、気体流路４内に設けられて気体の流れを偏
向させることができるものであれば任意に用いることが
できる。例えば、略矩形状の平板を長さ方向に湾曲させ
た湾曲板を用い、その湾曲方向を同一方向に揃えて内管
１のノズル部１０３の外面又は外管２の絞り部２０２の
内面に取付けるようにしてもよい。

【００３３】８は外管２の絞り部２０２の先端２０４に
連結された気液混合促進管であり、前記気液混合部６に
おいて気液混合された状態の液体がこの気液混合促進管
８内を流通する過程で更に両者の混合状態を促進させる
ための流路を構成している。

【００３４】この気液混合促進管８は、外管２の絞り部
２０２の先端２０４から該先端２０４の開口径と略同径
状の直管状に延びる直管部分８０１と、該直管部分８０
１に連結されて次第に拡開する拡開部分８０２とを有し
て形成され、該拡開部分８０２内にスタティックミキシ
ングモジュール９を有している。

【００３５】スタティックミキシングモジュール９は、
多数の翼板を所定角度で折り曲げ或いは組合せて構成さ
れ、接触する液体を無方向拡散させ、微小な気泡を液体
中へ混入させる働きを有している。従って、気液混合促
進管８の拡開部分８０２内を流通する気液混合状態の混
合液がこのスタティックミキシングモジュール９と接触
することで、該混合液中の気泡を更に微細化し、液体中
への混入を一層促進させる機能を果たす。かかるスタテ
ィックミキシングモジュール９は、例えば実開平６−３
９１２３号、実用新案登録第３００３５８１号等におい
て本発明者等によって提案されたものを用いることがで
きる。

【００３６】なお、図中、１０は内管１の端部及び気液
混合促進管８の拡開部分８０２の端部にそれぞれ設けら
れたフランジであり、それぞれ図示しない配管のフラン
ジとボルト止め等の手段によって接続することにより、
本気液混合装置を配管途中に組み込むことができるよう
になっている。

【００３７】また、８０３は気液混合促進管８の他端の
気液混合液の吐出口である。

【００３８】次に、かかる気液混合装置の作用について
説明する。

【００３９】内管１の液体流入口１０２より図示しない
液体供給手段（外部動力）によって液体を所定圧で供給
すると、該液体は内管１の直管部１０１内を通ってノズ
ル部１０３内に流れ込む。該ノズル部１０３内に流れ込
んだ液体は、ノズル部１０３の内径が漸次小径となるに
従って次第に加圧され、ノズル部１０３の先端に開口さ
れた液体噴出口１０４から気液混合部６へ勢いよく噴出
される。

【００４０】一方、液体噴出口１０４の周囲から気液混
合部６に臨む気体流路４中の気体は、外部動力により供
給されるものではなく、一端の気体取込口２０３が大気
開放されているだけであるため、液体噴出口１０４から
勢いよく噴出される液体により気液混合部６近傍に存す
る気体の圧力を負圧にして気体取込口２０３との間に圧
力差が生じさせる。これにより液体噴出口１０４の周囲
から気液混合部６に臨む気体流路４中の気体は、液体噴
出口１０４から噴出される液体に巻き込まれ、気体取込
口２０３から次々吸引されていく。

【００４１】このとき気体流路４中を流通する気体は、
気液混合部６へ流出する際、該気体流路４の出口近傍に
位置する複数枚の羽根板７によってその流れ方向が一定
方向に変えられ、旋回流となって気液混合部６において
液体と混合される。この羽根板７によって気体の流れが
旋回流となることで、気体取込口２０３からの気体の吸
引効果が高まると共に気液混合部６における液体中への
気体の巻き込み効果が高まる。従って、外部動力を利用
して気体を供給しなくても、液体中へ効率良く気体を混
入することが可能となる。

【００４２】気液混合部６において気液混合された状態
の液体は、外管２の絞り部２０２の先端２０４から吐出
し、該絞り部２０２の先端２０４に連結された気液混合
促進管８へ流入する。この気液混合促進管８に流入した
気液混合状態の液体は、該気液混合促進管８の直管部分
８０１を流通する過程で更に気液混合が促進され、続く
拡開部分８０２において、スタティックミキシングモジ
ュール９と接触することで、気液混合液が無方向拡散さ
れて液体中の気泡が微細化され、該気泡の液体中への混
入を一層促進させる。

【００４３】このように効率の良い気液混合作用は、気
体を供給するための外部動力なしに行われる。従って、
気体供給のための外部動力を設置するスペースは不要と
なり、それだけ動力コストも低減させることができる。
特に、気体を供給するための外部動力が不要であること
により、気体供給用配管等を装置本体に接続する必要も
なくなるため、装置の構造も単純化できる。また、液体
を内管１に供給するための外部動力として、内管１の液
体流入口１０２と連通させた配管（図示せず）にライン
ポンプを介設して行うようにすると、更に省スペース化
を図ることができる。

【００４４】なお、図２（ｂ）は、偏向手段の別の態様
を示している。この偏向手段は、内管１のノズル部１０
３における液体噴出口１０４近傍の外面に凹設された複
数条（図示例では４条）の凹溝１１により構成されてい
る。

【００４５】この凹溝１１は、適宜の冶具により、内管
１のノズル部１０３における液体噴出口１０４近傍の外
面を内面側へ向けて押圧加工することによって形成した
断面Ｖ字状の溝である。

【００４６】各凹溝１１は、その長さ方向が内管１の中
心軸線ｘを通る平面と該内管１のノズル部１０３の外面
とが交差する交線ｘ₁に対して、それぞれ同一方向に所
定の角度αだけ傾きを有して取付られている。これによ
り、気体流路４内を流通して気液混合部５へ至る気体の
一部がこの凹溝１１内に流れ込み、気液混合部５へ至る
際に前記した羽根板７と同様に気体の流れを一方向に変
え、旋回流とする機能を有している。

【００４７】この凹溝１１の長さ方向と交線ｘ₁とのな
す角度αは、前記した羽根板７の場合と同様の理由から
に１０°〜３０°が好ましい。

【００４８】また、ノズル部１０３の外面から内面側へ
向けて押圧加工することによって凹溝１１を形成する際
には、その押圧加工によって該ノズル部１０３の内面に
突出した突条１２が同時に形成されるようにすることが
好ましい。

【００４９】ノズル部１０３の内面に突条１２が突出形
成されることによって、ノズル部１０３の液体噴出口１
０４から噴出される液体がこの突条１２に案内され、流
れ方向が一定方向に変えられ、旋回流となって噴出され
るようになる。従って、気液混合部６に吸引される気体
流路４中の気体を旋回流とする凹溝１１の作用と相俟っ
て、液体と気体とを気液混合部６においてより一層効率
良く混合させることができるようになる。

【００５０】また、図３は気体取込口の別の態様を示し
ている。図３において、図１と同一符号は同一構成を示
すため説明は省略する。

【００５１】この気体取込口２０３は、外管２の筒状部
２０１を内管１の直管部１０１（図１参照）の一端に設
けられたフランジ１０まで延設し、該筒状部２０１の一
端をフランジ１０によって閉塞させ、その筒状部２０１
の一端近傍の外周面に複数の開口を設けることによって
形成している。

【００５２】これによれば、外管２をフランジ１０によ
って支持することができるため、内管１との間に図１に
示すスペーサー５を設ける必要がなくなる。

【００５３】以上説明した実施の形態は、外管２の絞り
部２０２の先端２０４に気液混合促進管８を連結し、該
気液混合促進管８の他端にフランジ１０を設けて配管中
に組み込み可能な気液混合装置についてのものである
が、気液混合促進管８の先端を養殖池等の水中に浸漬さ
せ、該気液混合促進管８から直接水中に気液混合された
混合液を吐出させるようにしてもよい。

【００５４】また、この場合、外管２の絞り部２０２の
先端２０４に気液混合促進管８を連結することなく、該
絞り部２０２を水中に浸漬させ、その先端２０４から気
液混合された混合液を直接吐出させるようにすることも
できる。

【００５５】本発明の気液混合装置は、本発明の思想の
範囲内で種々の形態を採り得る。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、気体導入のための外部
動力をなくすことにより、設置スペースや動力コストの
増大を防ぎ、また装置の形状を単純化させた気液混合装
置でありながらも、液体中に効率良く気体を混合せしめ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気液混合装置の好ましい実施の一
形態を示す縦断面図

【図２】（ａ）偏向手段を示すノズル部の斜視図、
（ｂ）偏向手段の他の態様を示すノズル部の斜視図

【図３】外管の気体取込口の他の態様を示す要部正面図

【符号の説明】

１ 内管 １０１ 直管部 １０２ 液体流入口 １０３ ノズル部 １０４ 液体噴出口 ２ 外管 ２０１ 筒状部 ２０２ 絞り部 ２０３ 気体取込口 ２０４ 先端 ３ 液体流路 ４ 気体流路 ５ スペーサー ６ 気液混合部 ７ 羽根板（偏向手段） ８ 気液混合促進管 ８０１ 直管部分 ８０２ 拡開部分 ８０３ 吐出口 ９ スタティックミキシングモジュール １０ フランジ １１ 凹溝（偏向手段） １２ 突条

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に液体流入口を有すると共に他端に内
   径及び外径が漸次小径となるノズル部を有し、該ノズル
   部の先端に液体噴出口を形成してなる内管と、該内管の
   外側に所定の間隙を有して設けられ、一端に大気開放さ
   れた気体取込口を有すると共に他端に前記内管のノズル
   部に沿って内径が漸次小径となる絞り部を有してなる外
   管との二重管構造を有してなり、前記内管と外管との間
   に気体流路を構成すると共に、前記外管の絞り部の先端
   を前記内管の液体噴出口よりも延設して、該絞り部の先
   端と液体噴出口との間に液体の噴出時に前記気体流路か
   ら吸引された気体と液体とを混合させる気液混合部を形
   成し、且つ前記内管のノズル部の外面又は前記外管の絞
   り部の内面に、前記気体流路から吸引される気体の流れ
   を一定方向に偏向させる偏向手段を設けたことを特徴と
   する気液混合装置。
2. 【請求項２】前記偏向手段は複数枚の羽根板からなり、
   各羽根板は、内管又は外管の中心軸線を通る平面と該内
   管のノズル部の外面又は外管の絞り部の内面とが交差す
   る交線に対して１０°〜３０°の傾きを有して取付けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の気液混合装
   置。
3. 【請求項３】前記偏向手段は内管のノズル部の外面に設
   けられた複数条の凹溝からなり、各凹溝は、その長さ方
   向が内管の中心軸線を通る平面と該内管のノズル部の外
   面とが交差する交線に対して１０°〜３０°の傾きを有
   して設けられていることを特徴とする請求項１記載の気
   液混合装置。
4. 【請求項４】前記凹溝により、内管のノズル部の内面側
   に突出する突条が形成されていることを特徴とする請求
   項３記載の気液混合装置。
5. 【請求項５】前記外管の絞り部の先端に、前記気液混合
   部において混合された気液の混合を更に促進させるため
   の気液混合促進管を連結したことを特徴とする請求項
   １、２、３又は４記載の気液混合装置。
6. 【請求項６】前記気液混合促進管内にスタティックミキ
   シングモジュールを有することを特徴とする請求項５記
   載の気液混合装置。