JP2004216261A

JP2004216261A - ガスインジェクタ、揚液装置、攪拌装置及び気泡発生方法

Info

Publication number: JP2004216261A
Application number: JP2003006024A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Takeishi; 芳明武石
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】メンテナンス性、環境保全性に優れ、均一な気泡を安定して発生することができるガスインジェクタを提供する。
【解決手段】内部を液体１３が略鉛直上方へ流れる管体１１と、管体１１の周囲に環状のガス供給室１７を形成するガスヘッダ１８と、このガス供給室１７へガスを供給するガス供給系１９とを有し、略鉛直上方へ流れるこの液体１３へ向けた、略水平方向への略平面状のガス流れを形成するためのガス噴出機構１２とを備えるガスインジェクタである。管体１１が上下方向に離間して配置された第１の管１４及び第２の管１５を有し、第１の管１４及び第２の管１５の間に形成される環状のスリット１６が、ガス供給室１７を臨む位置に配置される。さらに、環状のスリット１６の水平方向の管内壁に沿った長さ（Ｌ）及び鉛直方向の長さ（Ｂ）の比（Ｌ／Ｂ）が３以上である
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスインジェクタ、揚液装置、攪拌装置及び気泡発生方法に関する。具体的には、本発明は、例えばガス（エア）リフトポンプや化学反応槽等において、外径が２０ｍｍ以下の均一な気泡を発生するためのガスインジェクタ、とりわけガスリフト効果を利用して海水を揚水するとともにＣＯ_２ガスを海水に溶解させるための、いわゆるＧＬＡＤシステムにおいて好適に用いることができるガスインジェクタと、このガスインジェクタを利用した揚液装置及び攪拌装置と、気泡発生方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、近年、化石燃料の消費に伴う様々な問題の解決が世界的な規模で求められている。これらの問題のうち人為的な産業活動に伴って大量に排出される炭酸ガスが奏する温室効果に起因した地球の温暖化は、最近の５０年間に極めて急速に進行している。このため、排出される炭酸ガスを如何に処理して地球の温暖化を抑止するかは、緊急かつ重要な課題である。
【０００３】
ところで、排出されたＣＯ_２ガスの約４５％は大気中に残留するが、約２８％は海洋に吸収され、さらに残りは植物に固定されるという報告がある。また、海洋へのＣＯ_２ガスの吸収速度は低いものの、その量的吸収能力は、可採埋蔵量の全量を消費し尽くたと仮定しても海水がＣＯ_２ガスで飽和することはない程に、桁外れに大きい。
【０００４】
このため、海洋のこのようなＣＯ_２ガスの吸収能力に着目し、例えば火力発電所等から放出されるＣＯ_２ガスを海洋に効率よく固定するシステム（ＧＬＡＤシステム；ＧａｓＬｉｆｔＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＣＯ_２）が既に提案されている。
【０００５】
図１０は、公知のＧＬＡＤシステム１の一例を模式的に示す説明図である。図１０に示すように、このＧＬＡＤシステム１では、海面下２００〜４００ｍに配置されたガスインジェクタ２から、例えば火力発電所等（図示しない）から放出されたＣＯ_２ガスあるいはＣＯ_２混合ガスを揚水管３に吹き込み、揚水管３の内部を気泡４が浮上することによるガスリフト効果により周囲の新海水５を吸引するとともに気泡中のＣＯ_２ガスを海水に溶解させる。そして、ドレイン管６によりＣＯ_２ガス溶解海水７を海面下１０００〜３０００ｍの深海に送り込む。このＧＬＡＤシステム１では、ＣＯ_２ガスの溶解による海水の酸性化で海水ｐＨが６．５以下に低下して海棲生物の生息環境を破壊しないように、ＣＯ_２ガスの溶解が制御される。このＧＬＡＤシステム１は、緊急避難的かつ繋ぎの処置ではあるものの、ＣＯ_２ガスの実現可能な処理策として有効である。なお、図１０における符合８は、ガス分離器である。
【０００６】
このように、ＧＬＡＤシステム１ではガスインジェクタ２はいわばシステム全体の心臓部であるため、ガスインジェクタ２には、海水のガスリフト効率の向上や、ＣＯ_２ガスの溶解制御性及び定常性の確保を図るために、液中に適正な大きさの気泡４を安定的に発生することが要求される。
【０００７】
具体的には、ガスインジェクタ２には、海水の揚水を確実に行うとともにＣＯ_２ガスを海水中に溶解させて海底に効率よく固定するため、５〜２０ｍｍの径の均一な気泡４を安定的かつ均一に形成することが求められる。また、このガスインジェクタ２は海面下２００〜４００ｍの海中に設置されることから、できるだけメンテナンスフリー化が図れる簡素な構造であることも重要である。
【０００８】
さらに、設置される海中の海棲生物、特に音に敏感な海棲哺乳動物の生息環境を保全するために、低騒音であることも要求される。
公知のガスインジェクタによる気泡の発生方法を表１にまとめて示す。表１に示すように、細孔からガスを吹込む方法（非特許文献１、２）、液体エジェクタによるガス吸込方法（非特許文献３、４）、超音波印加による方法（非特許文献５）、さらには高電圧印加による方法（非特許文献６〜８）等があり、それぞれについて研究開発が行われている。また、表１にはこれらを応用した特許文献１〜４も併せて示す。
【０００９】
【表１】

【００１０】
これらの気泡の発生方法のうちで細孔からガスを吹込む方法は、孔形状により、オリフィス、ドリルホール、細管または多孔体を用いた方法に分類することができ、さらにガス吹き込みと突起とによる気泡分散を利用するエアレータ（非特許文献９）がある。
【００１１】
【非特許文献１】
高橋照男、宮原敏郎：単一円孔より形成される気泡容積−蓄気質容積の影響−，化学工学論文集、第５巻第５号（１９７９），４５３．
【非特許文献２】
Ｐａｍｐｅｒｉｎ，Ｏ．ａｎｄＲａｔｈ，Ｈ．Ｊ．：ＩＮＦＬＵＥＮＣＥｏｆＢＵＯＹＡＮＣＹＯＮＢＵＢＢＬＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＴＳＵＢＭＥＲＧＥＤＯＲＩＦＩＣＥ，ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｖｏｌＶｏｌ．５０Ｎｏ．１９（１９９５），３００９．
【非特許文献３】
大竹伝雄、東稔節治、久保井亮一、高橋保夫、中尾勝実：液体エジェクターによるガスの分散、化学工学論文集、第５巻第４号（１９７９，３６６．）
【非特許文献４】
大成博文、前田邦男、松尾克美、蔵重裕二、石川並木、津田朗宏：海水マイクロバブル発生技術について，土木学会第５４回年次学術公演会、ＶＩＩ −７４（平成１１年９月），１４８．
【非特許文献５】
実吉純一、菊池喜充、能本乙彦：超音波技術便覧（新訂版）、日刊工業新聞社、昭和５９年１２月，１６５１．
【非特許文献６】
佐藤正之、黒田正和、佐賀井武：気泡生成に対する高電圧印加の効果、化学工学論文集，第５巻第４号（１９７９），３８０．
【非特許文献７】
Ｏｇａｔａ，Ｓ．，Ｔａｎ，Ｋ．，Ｎｉｓｈｉｊｉｍａ，Ｋ．ａｎｄＣｈａｎｇ，Ｊ．Ｓ．：ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｍｐｒｏｖｅｄＢｕｂｂｌｅＤｉｓｒｕｐｔｉｏｎａｎｄＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｂｙａｎＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＦｉｅｌｄＭｅｔｈｏｄ，ＡｌＣｈＥＪｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１（１９８５），６２．
【非特許文献８】
Ｔｓｏｕｒｉｓ，Ｃ．，Ｓｈｉｎ，Ｗ．Ｔ．ａｎｄＹｉａｃｏｕｍｉ，Ｓ．：Ｐｕｍｐｉｎｇ，ＳｐｒａｙｉｎｇａｎｄＭｉｘｉｎｇｏｆＦｌｕｉｄｓｂｙＥｌｅｃｔｒｉｃＦｉｅｌｄｓ，ＣａｎａｄｉａｎＪ．ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．７６（１９９８），５８９．
【非特許文献９】
西華産業株式会社：完全メンテフリー省エネ型排水設備用散気装置（ＯＨＲ型エアレータ）、カタログ．
【特許文献１】
特開平８−１００２１０号公報
【特許文献２】
特開平６−３３９７６８号公報
【特許文献３】
特開２００２−１９１９４９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１１３３４０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
オリフィス、ドリルホール又は細管を用いて気泡を発生する方法は、確かにメンテナンスフリーであるものの、形成した孔径によって、ガス吹き込み量及び気泡径の制御範囲が圧力により著しく制限され、制御の幅が狭い。
【００１３】
すなわち、小径気泡を発生させるためには、孔径を小さくする必要があり、また、ガスリフトに必要なガスを吹き込むためには、吹き込み圧力を高くしなければならない。その結果、吹き込み騒音が大きくなる。吹き込み圧力を低下して、多量のガスを吹き込むには、小径の孔を多く設ければよいが、孔加工コストの増加や小径孔の管理が必要となる。
【００１４】
また、多孔体を用いて気泡を発生する方法は、特に多孔体の目詰まりが問題となり、吹き込みガスのフィルタリング及び多孔体の清掃（逆洗あるいは交換）等の管理を充分に行う必要がある。また、多孔体から高圧ガスを吹き込む際には、騒音が大きくなり、騒音対策（音環境保全対策）を確実に行う必要も生じる。
【００１５】
また、エアレータ方式により気泡を発生する方法は、ガス吹き込み時の騒音は比較的小さいものの、衝突板の管理（付着対策や摩耗対策）が必要となる。
液体エジェクタによるガス吸込方式は、液体吹き込み量により吸込ガス量及び気泡径をある程度制御することはできるものの、液体加圧装置及びエジェクタの管理（摩耗交換等）が必要になってしまいコストが嵩む。また、運転時の騒音も大きい。
【００１６】
さらに、超音波あるいは高電圧を印加する方式では、電流や電圧を制御すれば気泡径を制御することはできるものの、超音波発振器や電圧印加電極の設置及びこれらの定期管理が必要となり、コストが嵩む。また、超音波や高電圧の印加は海棲生物、特に海棲哺乳類に対する影響も大きい。
【００１７】
このように、気泡を発生する技術はこれまでにも多数の研究が行われ、多数の発明が提案されてはいるものの、公知の発明では、気泡発生の安定性およびメンテナンス性をいずれも高レベルで満足することはできなかった。
【００１８】
また、公知の発明では、さらに環境保全性をも高レベルで満足することは不可能であった。
本発明の目的は、公知のガスインジェクタと少なくとも同等程度のＣＯ_２ガスの溶解制御性及び気泡発生性を有するとともに良好なメンテナンス性を有し、均一な気泡を安定して発生することができる、ＣＯ_２ガスの高効率海底固定システム用もしくは、一般のガス（エア）リフトポンプあるいは化学反応槽等における均一気泡発生装置用として好適なガスインジェクタと、このガスインジェクタを備えた揚液装置及び攪拌装置、さらには気泡発生方法を提供することである。
【００１９】
さらに、本発明の目的は、公知のガスインジェクタと少なくとも同等程度のＣＯ_２ガスの溶解制御性及び気泡発生性を有するとともに良好なメンテナンス性を有し、さらに作動時の騒音も小さく環境保全性も良好なガスインジェクタと、このガスインジェクタを備えた揚液装置及び攪拌装置、さらには気泡発生方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部を液体が略鉛直上方へ流れる管体と、略鉛直上方へ流れるこの液体へ向けた、略水平方向への略平面状のガス流れを形成するためのガス噴出機構とを備えることを特徴とするガスインジェクタである。
【００２１】
この本発明に係るガスインジェクタでは、ガス噴出機構が、管体の周囲に環状のガス供給室を形成するガスヘッダと、このガス供給室へガスを供給するガス供給系とを有することが、例示される。
【００２２】
この場合、管体には、ガス供給室と管体の内部とを連通するための複数の矩形のスリットが断続的に設けられることが望ましい。
また、この態様とは異なり、管体が上下方向に離間して配置された第１の管及び第２の管を有してもよく、この場合には、第１の管と第２の管との間に形成される環状の隙間が、ガス供給室を臨む位置に配置されていればよい。
【００２３】
これらの本発明に係るガスインジェクタでは、矩形のスリット又は環状の隙間の水平方向の管内壁に沿った長さ（Ｌ）及び鉛直方向の長さ（Ｂ）の比（Ｌ／Ｂ）が３以上であることが望ましい。
【００２４】
これらの本発明に係るガスインジェクタでは、管体又は第１の管が下方へ向けて開放され、管体又は第２の管が上方へ向けて開放されることが例示される。
この場合に、第１の管が下方に向かうにつれて内径が増加する形状を有し、第１の管の軸方向への長さが、第１の管の内径の最小値の１〜５倍であることが例示される。
【００２５】
これらの場合に、第２の管の軸方向への長さが、第２の管の内径の３〜１０倍であることが望ましい。
別の観点からは、本発明は、上下方向へ向けて配置されるとともに少なくとも下端部に開口を有する揚液管と、この揚液管の内部に１又は２以上設けられた上述した本発明に係るガスインジェクタとを備え、揚液管が、ガスインジェクタによるガスリフト作用により下端部から液体を内部に流入させることによって、液体を上昇させることを特徴とする揚液装置である。
【００２６】
別の観点から、本発明は、液体を収容するための容器と、この容器の内部に１又は２以上設けられた上述した本発明に係るガスインジェクタとを備えることを特徴とする攪拌装置である。
【００２７】
さらに別の観点からは、本発明は、管体の内部を上方へ流れる液体へ向けて、略水平方向への平面状のガス流れを噴出して、このガス流れに対して作用する液体の剪断力を利用してガス流れを分断して分散することによって、気泡を発生することを特徴とする気泡発生方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るガスインジェクタ、揚液装置、攪拌装置さらには気泡発生方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら順次詳細に説明する。
【００２９】
図１は、この第１の実施の形態に係るガスインジェクタ１０の構造を示す縦断面図である。
図１に示すように、本実施の形態のガスインジェクタ１０は、管体１１とガス噴出機構１２とを備える。そこで、ガスインジェクタ１０のこれらの構成要素を、順次説明する。
【００３０】
［管体１１］
管体１１は、その内部を液体１３が略鉛直上方へ向けて流れるものである。本実施の形態では、管体１１は、略鉛直方向に所定の距離Ｂだけ離間して配置された第１の管１４と略同径の第２の管１５とを有する。これら第１の管１４及び第２の管１５の間に形成される環状の隙間１６は、後述するガス噴出機構１２におけるガス供給室１７を臨む位置に配置される。これにより、ガス供給室１７と管体１１の内部とが連通されるため、隙間１６は、ガスを管体１１の内部に噴出する矩形のスリットとして機能する。
【００３１】
管体１１を構成する第１の管１４は、略鉛直下方へ向けて開放される。一方、管体１１を構成する第２の管１５は、略鉛直上方へ向けて開放される。
まず、管体１１の内部へのガス吹込み口となるスリット１６の形状について説明する。音環境保全すなわち騒音低下の観点からは、ガス吹込み口の断面積を大きくすることが望ましい。しかし、ガス吹込み口の形状がドリルホールのような円形であるとその径が大きくなってしまうために、このガス吹込み口から噴出されるガス流は柱状の太い三次元の流れとなる。このため、上方への液体１３の流れによる剪断力では噴出されたガス流れを充分に分散することは難しい。
【００３２】
これに対し、本実施の形態では、ガス吹込み口を矩形のスリットとして機能する環状の隙間１６とするため、この隙間１６から、略鉛直上方へ流れるこの液体１３へ向けて、略水平方向への二次元のガス流（ガス膜）、換言すれば略平面状のガス流れを噴出することができる。このため、鉛直上方への液体１３の流れはこの二次元ガス流に垂直に衝突することとなり、ガス流は液体１３の流れによって充分に分断・分散される。このため、本実施の形態では、ガス吹込み口の形状は、矩形のスリットとして機能する環状の隙間１６とした。
【００３３】
本実施の形態では、この矩形のスリット１６は、第１の管１４及び第２の管１５を鉛直方向に距離Ｂだけ離間して配置するだけで形成できるため、円孔に比較して複雑な加工を伴わない分だけ加工コストの上昇も抑制され、またメンテナンスも容易である。このように、ガスを吹き込むためのスリット１６の形状は、メンテナンス性の面からもシンプルである程望ましい。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、液体１３中にガスを吹き込むためのガス吹き込み口を矩形のスリット１６としてその開口面積（断面積）を大きく確保することにより、ガス吹込み速度の低減を図ることができ、これにより、ガス吹き込みにより発生する騒音を小さくすることができる。このため、環境保全対策、特にガスの高圧吹込みを行った場合のガスジェットの騒音（音環境）対策を充分に図ることができる。
【００３５】
なお、このスリット１６の開口面積を大きく設定すると、液体１３中に発生する気泡が大きくなるとともに不均一になり易いのではとも一見考えられる。しかし、本実施の形態では、ガスリフト効果により第１の管１４に生じる略鉛直上方への液体１３の流れに対してガスを略平面状に略水平方向へ吹き込むため、液体１３中に吹き込まれたガスが液体１３の流れによって充分に分断され、均一な気泡を発生することができる。
【００３６】
本発明者らが行った実験の結果によれば、均一な小気泡を安定的に発生するためには、スリット１６の水平方向の管内壁に沿った長さ（以下、「幅」ともいう）Ｌ及び鉛直方向の長さＢ（以下、「ギャップ」ともいう）の比（Ｌ／Ｂ）は３以上であることが好ましく、より好ましくは比（Ｌ／Ｂ）は５以上である。
【００３７】
この条件が満たされない場合には、略鉛直上方へ流れる液体１３の壁面剪断力に対して、ガスの吹込み慣性力が相対的に大きくなるために吹込まれたガスの分断が難しくなり、２０ｍｍ超の大気泡が発生するおそれがある。
【００３８】
また、ギャップＢは、スリット１６の長さ方向に一定であることが望ましいが、±４０％以下、好ましくは±２０％以下の範囲であれば、変動してもよい。このため、ギャップＢの変動量が上述した範囲内であれば、スリット１６の長辺は直線である必要はなく、波状や鋸歯状であってもよい。ギャップＢがこの範囲を逸脱して変動すると、略鉛直上方へ流れる液体１３の壁面剪断力は略一定であるのに対し、ガスの吹込み慣性力が管体１１の周方向で変化するため、吹込まれたガスの分断が不均一になり、これにより、発生した気泡が場所的及び時間的に不均一になり、２０ｍｍ超の大気泡が発生する可能性がある。
【００３９】
第１の管１４は、下方に向かうにつれて外径が増加するベルマウス型の形状を有し、この第１の管１４の軸方向への長さｌ_１４は第１の管１４の内径ｄ_１４の最小値の１倍以上５倍以下であることが望ましい。長さｌ_１４が内径ｄ_１４の最小値の１倍未満では、液体１３の流動変動により、吹き込みガスが第１の管１４の下端より吹き出すことがあり、これにより、ガスリフト効率が低下し、さらに、流速が小さくなり、気泡の大径化と不均一化とを招くことになる。一方、５倍超では流動抵抗が増加して流速が低下し、剪断力が小さくなるため気泡の分断及び均一化が不充分となることがある。
【００４０】
さらに、第２の管１５の軸方向への長さｌ_１５は、第２の管１５の内径ｄ_１５の２倍以上１０倍以下であることが望ましい。長さｌ_１５が内径ｄ_１５の２倍未満では、気泡の生成が不安定となって気泡の均一化が不充分となることがあり、また、１０倍超では流速が低下してしまい、気泡の分断及び均一化が不充分となることがあるからである。
【００４１】
本実施の形態では、第１の管１４及び第２の管１５を鉛直方向に距離Ｂだけ離間して配置することにより矩形のスリット１６を、第２の管１５の円周上に連続的かつ均一に形成した。しかし、加工上あるいは構造上の制約がある場合には、以上説明した本実施の形態とは異なり、図２に例示するような矩形のスリット１６を、第１の管１４又は第２の管１５に適宜断続的に設けるようにしてもよい。
【００４２】
図２は、管体１１の他の構成例を示す説明図である。すなわち、管体１１には、ガス供給室１７と管体１１の内部とを連通するための複数の矩形のスリット１６が断続的に並設されるようにしてもよい。この場合も、矩形のスリット１６の水平方向の管内壁に沿った長さＬ及び鉛直方向の長さＢの比（Ｌ／Ｂ）が３以上であることが望ましい。また、幅Ｌと連続壁幅ｌとの比（Ｌ／ｌ）は５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましい。
【００４３】
本発明者は、上述した条件を満足した各種のガスインジェクタを試作し、その気泡の発生状況を観察した結果、第２の管１５の内径ｄ_１５が２０ｍｍ以上５００ｍｍ以下、長さｌ_１５が３０ｍｍ以下２０００ｍｍ以下さらにギャップＢが０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲であれば、２０ｍｍ以下の均一な小気泡を確実に発生できることを確認した。
【００４４】
本実施の形態では、管体１１は以上のように構成される。
［ガス噴出機構１２］
ガス噴出機構１２は、管体１１の内部を略鉛直上方へ向けて流れる液体１３へ向けた、略水平方向への略平面状のガス流れを形成するためのものである。
【００４５】
本実施の形態では、ガス噴出機構１２が、管体１１の外周面の周囲に封止された環状のガス供給室１７を形成するガスヘッダ１８と、このガス供給室１７へガスを供給するガス供給系１９とを有する。
【００４６】
管体１１の内部で発生する気泡を微細化するには、気液界面張力に打ち勝つ力を付与する必要がある。本実施の形態では、このような力として、攪拌等の機械的力ではなく、流れに伴って液体１３が奏する剪断力を利用する。しかし、上述した液体エジェクタ方式では、液体の加圧装置が必要になり、システムの設備費及び運転コストの高騰を招く。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、上述したように、ガスリフト効果により液体１３（海水）を揚水するために発生する液体１３（海水）の流れを有効に利用する。すなわち、第１の管１４及び第２の管１５を上下方向へ離間して並設するため、これらの管１４、１５の内部に略鉛直上方への液体１３の流れを発生することができる。このため、管壁に液体１３（海水）による剪断力が作用する。これにより、液体１３が略鉛直上方に流れる部分にガスを略平面状（二次元状）に吹き込めば、吹き込まれたガスは液体１３の剪断力によって分断及び分散され、均一な気泡を安定的に発生することができる。
【００４８】
本実施の形態のガスインジェクタ１０は以上のように構成される。次に、このガスインジェクタ１０の動作を説明する。
第１の管１４及び第２の管１５を備える管体１１の内部を略鉛直上方へ向けて流れる液体１３へ向けて、ガス噴出機構１２から略水平方向への略平面状のガス流れを噴出することにより、このガス流れに対して作用する液体１３の剪断力を利用してガス流れを分断して分散する。これにより、気泡を発生する。
【００４９】
図３はこのガスインジェクタ１０を組み込まれた揚液装置２０の構造を示す縦断面図である。
同図に示すように、この揚液装置２０は、上下方向へ向けて配置されるとともに少なくとも下端部に開口２１ａを有する揚液管２１と、この揚液管２１の内部に１又は２以上（図示例では２基）設けられたガスインジェクタ１０とを備えている。
【００５０】
揚液管２１は、ガスインジェクタ１０によるガスリフト作用により下端部の開口２１ａから液体２２を揚液管２１の内部に流入させることによって、液体２２を上昇させる。これにより、従来と同程度の揚液効率を維持し、かつ、騒音を著しく低下させることができる。
【００５１】
このガスインジェクタ１０は、図１に示す構造で、第１の管１４の最小内径ｄ_１４が８２．２ｍｍと５４．０ｍｍで、長さｌ_１４がそれぞれ８３．０ｍｍと７５．０ｍｍであり、スリット１６のギャップＢが１ｍｍ、３ｍｍ及び６ｍｍであり、第２の管の内径ｄ_１５が第１の管１４の最小内径と同じであり、長さｌ_１５が１６５ｍｍのものを用いた。また、揚液管２１は、内径２６０ｍｍ及び高さ６ｍの透明管である。使用した液体１３は水道水であり、吹き込むガスは圧縮空気である。
【００５２】
図４は、従来の管壁からのガス吹込み法によるガスインジェクタ２３を模式的に示す説明図である。このガスインジェクタ２３は、揚液管２４の壁面にガスを吹き込むための内径１．４５ｍｍの細管２５が１６本取付けられており、これらの細管２５から揚液管２４の内部にガスを吹き込むことにより、揚液管２４の下方付近に存在する液体２６を上昇させる。
【００５３】
これらのガスインジェクタ１０、２３を用いた場合の発生気泡径、ガスリフトポンプの揚水特性、発生音圧及び周波数特性を、それぞれ調べた。
吹込みガス量及び揚水量は、それぞれ渦流量計及び電磁流量計を用いて測定した。発生気泡径は、揚水管２１、２３内を上昇する気泡を写真撮影し、画像解析により各気泡の短径ｄ_ｓ（上昇方向）と長径ｄ_ｌ（上昇方向に直角方向）とを計測し、上昇気泡を回転楕円体として、次式により等価球形ｄ_ｍとして求めた。
【００５４】
［数１］
ｄ_ｍ＝（ｄ_ｓｄ_ｌ ^２）^１／３・・・・・・・（１）
また、音圧は水中マイクロホンを用いて測定し、周波数分析を行った。
【００５５】
図５〜８は、試験結果を示すグラフであり、図５はガスインジェクタ１０による発生気泡径をガスインジェクタ２３による発生気泡径と比較したものであり、図６は図５と同じ条件におけるガスリフトポンプの揚水特性を比較したものであり、図７は、試験結果を示すグラフであって発生音圧を比較したものであり、図８（ａ）はガスインジェクタ１０の音圧の周波数特性を示すとともに図８（ｂ）はガスインジェクタ２３の音圧の周波数特性を示す。
【００５６】
図５にグラフで示すように、ガス吹込み量が少ない範囲ではガスインジェクタ１０による発生気泡径は、ガスインジェクタ２３による発生気泡径に比較して僅かに大きいものの、吹込み量が増加すると略同等となり、２０ｍｍ以下の均一気泡の生成が可能であることがわかる。
【００５７】
図６にグラフで示すように、ガスインジェクタ１０を用いた場合の揚水特性は、ガスインジェクタ２３に比較して僅かに小さいが、その差は数％であり、殆ど問題ない。
【００５８】
図７にグラフで示すように、ガスインジェクタ２３では発生音圧はガス吹込み量の増加とともに大きくなるが、ガスインジェクタ１０では、ガスインジェクタ２３の１／１０以下のレベルであり、ガス吹込みしない時のレベル、すなわち暗騒音レベルよりも僅かに大きい程度である。また、ガス吹込み量を増加しても音圧は殆ど変わらないこともわかる。
【００５９】
図８にグラフで示すように、ガスインジェクタ２３では１〜３ｋＨｚの周波数が卓越するとともにこれ以上の高周波成分も含まれているのに対し、ガスインジェクタ１０では、卓越周波数は数十〜数百Ｈｚであり、そのレベルも低く１ｋＨｚ以上の高周波成分は殆どなく、非常に静粛であることがわかる。
【００６０】
以上述べたように、本実施の形態のガスインジェクタ１０は、シンプルな構造で２０ｍｍ以下の均一気泡を静粛に安定的に発生できるとともにガスリフトポンプへの適用に当たっても、その揚水特性の大きな低下をきたさない。特に、ガスリフト効果を利用したＣＯ_２ガスの高効率海底固定システム用ガスインジェクタとして、メンテナンスフリーであるとともに静粛であるため環境保全性に優れている。
【００６１】
（第２の実施の形態）
次に、上述した本発明に係るガスインジェクタを攪拌装置に適用した例を説明する。なお、以降の説明では、上述した説明と相違する部分を説明し、共通する部分については同一の図中符合を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００６２】
図９は、本発明に係るガスインジェクタ１０を装着された攪拌装置２７を模式的に示す説明図である。
同図に示すように、この攪拌装置２７は、液体２８を収容するための反応容器２９と、この反応容器２９の内部の底部に１又は２以上（本例では２基）設けられたガスインジェクタ１０とを備えるものである。
【００６３】
この反応容器２９には液体２８が満たされており、この液体２８中にガスインジェクタ１０を用いて反応させるガスを吹き込むと、反応容器２９内の液体２８は、図中矢印で示す方向に循環しながら攪拌され、液体の攪拌効率が向上し、効率よく化学反応が促進される。
【００６４】
（変形形態）
以上の説明は、気体−液体反応の場合を例にとったが、液体に固体を混合したスラリーを用いれば固体−気体−液体の反応の促進も可能である。また、化学反応のみでなく、汚泥等の微生物生育環境にガスインジェクタ１０を設置してこれから空気等酸素含有ガスを吹き込めば、微生物の活性化を促進することも可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、従来のガスインジェクタと同等のＣＯ_２ガスの溶解制御性及び気泡発生性を有し、さらに、メンテナンス性に優れ、かつ騒音が小さく環境保全性に優れ、均一な気泡を安定して発生することができる、ＣＯ_２ガスの高効率海底固定システム用として好適な、ガスインジェクタと、このガスインジェクタを用いた揚液装置及び攪拌装置と、気泡発生方法とを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るガスインジェクタの構造を示す縦断面図である。
【図２】管体の他の構成例を示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態に係るガスインジェクタを組み込まれた揚液装置の構造を示す縦断面図である。
【図４】従来の管壁からのガス吹込み法によるガスインジェクタを模式的に示す説明図である。
【図５】試験結果を示すグラフであり、ガスインジェクタによる発生気泡径をガスインジェクタによる発生気泡径と比較したものである。
【図６】試験結果を示すグラフであり、図５と同じ条件におけるガスリフトポンプの揚水特性を比較したものである。
【図７】試験結果を示すグラフであり、発生音圧を比較したものである。
【図８】試験結果を示すグラフであり、図８（ａ）はガスインジェクタ１０の音圧の周波数特性を示し、図８（ｂ）はガスインジェクタ２３の音圧の周波数特性を示す。
【図９】本発明に係るガスインジェクタを装着された攪拌装置を模式的に示す説明図である。
【図１０】ＣＯ_２ガスの高効率海底固定システムの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１管体
１２ガス噴出機構
１３液体
１４第１の管
１５第２の管
１６隙間（スリット）
１７ガス供給室
１８ガスヘッダ
１９ガス供給系

Claims

内部を液体が略鉛直上方へ流れる管体と、略鉛直上方へ流れる該液体へ向けた、略水平方向への略平面状のガス流れを形成するためのガス噴出機構とを備えることを特徴とするガスインジェクタ。
前記ガス噴出機構は、前記管体の周囲に環状のガス供給室を形成するガスヘッダと、該ガス供給室へガスを供給するガス供給系とを有する請求項１に記載されたガスインジェクタ。
前記管体には、前記ガス供給室と前記管体の内部とを連通するための複数の矩形のスリットが断続的に設けられる請求項２に記載されたガスインジェクタ。
前記管体は、上下方向に離間して配置された第１の管及び第２の管を有し、該第１の管と該第２の管との間に形成される環状の隙間は、前記ガス供給室を臨む位置に配置される請求項２に記載されたガスインジェクタ。
前記矩形のスリット又は前記環状の隙間の水平方向の管内壁に沿った長さ（Ｌ）及び鉛直方向の長さ（Ｂ）の比（Ｌ／Ｂ）は３以上である請求項３又は請求項４に記載されたガスインジェクタ。
上下方向へ向けて配置されるとともに少なくとも下端部に開口を有する揚液管と、該揚液管の内部に１又は２以上設けられた請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたガスインジェクタとを備え、前記揚液管は、該ガスインジェクタによるガスリフト作用により前記下端部から液体を内部に流入させることによって、液体を上昇させることを特徴とする揚液装置。
液体を収容するための容器と、該容器の内部に１又は２以上設けられた請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたガスインジェクタとを備えることを特徴とする攪拌装置。
管体の内部を上方へ流れる液体へ向けて、略水平方向への平面状のガス流れを噴出して、該ガス流れに対して作用する前記液体の剪断力を利用して前記ガス流れを分断して分散することによって、気泡を発生することを特徴とする気泡発生方法。