JP2011011178A - 気液混合溶解方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気液の混合溶解をより効率的に行うことができる方法とその装置を提供する。
【解決手段】金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中に気相を溶解させることを特徴とする気液混合溶解方法とその装置に係る。
【選択図】図８

Description

本発明は、液相中に気相を混合溶解させる方法とその装置に関するものである。

従来、液相中に気相を混合溶解させることや、または液相中に気相を注入して微細気泡を混合分散させることの一般的な方法として、気相を多孔質体や散気管の微細孔を介して液相中に圧入しながら混合する気相加圧方法や、超音波を利用して気泡を発生する超音波式気泡発生方法、液相を旋回して陰圧となる渦中に気相を吸引させて液相中に気相を圧壊混合する方法などがある。また、スリットを利用して気液混合を行う方法として、例えば特許文献１のような微細気泡発生装置がある。特許文献１所載のスリット構造は、液体流路の管体に突起物を当接させることにより一定の間隔が形成されるという構造であり、管体中に液体が流通する際に気体が混入し、気液混合されるというものである。
特開２００６−６１８２９号公報

しかしながら、気液混合の際、微細気泡を発生させる手段において、特許文献１所載のスリット型微細気泡発生装置では、スリットを形成する間隔の幅をμｍ単位で調整する必要があり、装置の構造上、一箇所円周上に開口している気液供給口のスリットでは、微細な気泡の散気は非常に難しく、実用上大量生産する場合などにおいては気液混合効率が悪いと考えられる。さらに多孔質体や散気管の微細孔を介して圧入しながら液相中に送気するバブリング装置は、液相中に気相を効率よく溶解させるためには前記微細孔の孔径はより小さい方が良いが、微細孔が小さくなると気相を圧入する供給量が少なくなり、供給量を多くするためには圧入するエネルギーを大きくしたり有効総面積を大きくする必要があるなど場合によっては大掛かりな設備が必要になる。また、羽根式の気液混合装置においては、液中に微細気泡として分散させ液相中気相濃度を効率よく上昇させたいが、前記羽根式気液混合装置は、気泡のコントロールが困難で、気相濃度を短時間で効率よく上昇させることが難しい。

本発明は、従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、コンパクトな設備でありながら液相中気相濃度を短時間で効率よく上昇させることや、微細気泡を簡単に発生させることができることを見出した。

すなわち、本発明は、下記の気液混合溶解方法及びその装置に関するものである。
１．金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中に気相を溶解させることを特徴とする気液混合溶解方法。
２．前記スクリーンの極狭小幅の隙間が０．００１ｍｍ乃至４ｍｍである、前記項１記載の気液混合溶解方法。
３．前記スクリーンが断続的に設けられている、前記項１または前記項２記載の気液混合溶解方法。
４．前記スクリーンが筒状に形成された筒状態であって、当該筒状体の内部から外部に向かって又は外部から内部に向かって極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項１乃至前記項３のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
５．前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転駆動部が回転することにより当該筒状体を回転しながら気相及び液相を同時に通過させる、前記項１乃至前記項４のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
６．前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の内部から外部、或いは外部から内部への出口付近に０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて当該筒状体外周面の放射方向に隣接固定された邪魔板を設けることにより気相を液相中に溶解させることを特徴とする、前記項１乃至前記項５のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
７．前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように形成され、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項１乃至前記項６のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
８．前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記回転筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように当該回転筒状体とは独立して固定配備されるものであり、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、前記項１乃至前記項７のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
９．液相に気相を溶解させるための装置であって、（１）液相を供給する液相供給手段、（２）気相を供給する気相供給手段、（３）前記気相供給手段及び液相供給手段から供給された気相及び液相を同時に通過させる為の金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンを備えている気液混合溶解手段を含む、前記項１乃至前記項８のいずれか記載の気液混合溶解装置。
１０．液相に気相を溶解させるための装置であって、多孔質体により生成される微細な気泡を気相供給手段とする前記項９記載の気液混合溶解装置。
１１．液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプの吸込側に気液混合溶解手段が配置され、その吸込圧により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、前記項９乃至前記項１０のいずれか記載の気液混合溶解装置。
１２．液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプ内部の１段及び／又は多段的に設けられた送液用インペラの外周面に、１段及び／又は多段的に或いは各１段内に多層的に気液混合溶解手段が配置され、インペラの遠心力により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、前記項９乃至前記項１１のいずれか記載の気液混合溶解装置。
１３．粗大気泡による液相対流効果で液相を攪拌させるために、気液混合溶解手段の出口に減圧状態にして気相を引き込むエジェクターを設けた、前記項９乃至前記項１２のいずれか記載の気液混合溶解装置。
１４．前記項１２記載の気液混合溶解装置において、液相の位置から気液混合溶解手段である気液混合溶解装置までを吸入送出配管で連絡することにより、液相現場にあわせて、液相位置から遠隔位置で気液混合溶解を行うことができることを特徴とする、気液混合溶解装置。

本発明による気液混合溶解方法によると極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中の気相がキャビテーション効果で微細な気泡となり、液相中に容易に微細気泡として分散させることが可能で、液相中に気相を効率よく溶解させることができる。また、本発明による気液混合溶解方法によると、液相位置から、気液混合溶解手段位置まで送液配管を吸入送出経路として設けることにより液相位置から遠隔して気液混合溶解を行いうことが可能で、液相位置が過酷な環境であっても、液相位置から離れて高濃度気相溶解液を液相中に供給することができる。これにより、本発明の気液混合溶解装置システムは、気液混合溶解手段のメンテナンスなども安全な環境下で行うことが可能である。

ここで、金属シートやプラスチックシートに切り込みを入れたような弁挙動を示すスリット式の気液混合溶解方法では、目詰まりを起こすような塵埃などが混入して圧が加わると同時に弁挙動様に開いて詰りが解消されるような構造ではあるが、繰返し長時間の弁挙動については耐久性に問題がありスリットの劣化が懸念される。これに対し、金属ワイヤーや高硬度プラスチックワイヤー製のスクリーン気液混合溶解方法は、劣化の心配がなく、０．００１ｍｍなど極狭小幅にコントロールすることが可能で、容易に微細気泡を発生し気液混合溶解させることができる。

本発明の気液混合溶解方法は、極狭小幅を有するスクリーンに、気相及び液相を同時に通過させることによって、液相中の気相が前記スクリーンの極狭小幅でキャビテーションを起こしながら微細気泡となり容易に気液混合溶解させることを特徴とする。

本発明に適用できる様々な環境の液相としては、限定的でなく、例えば水、アルコール類、海水、湖沼など挙げることができる。また、気相としては、適用される液相に対して可能性のものであれば良く、例えば、酸素、オゾン、炭酸ガス、水素ガス、空気などから適宜選択することができる。

極狭小幅を有するスクリーンとしては、その材質に特に制限されないが、金属としては、各種の金属又は合金を使用することができ、より具体的には鉄、ステンレス鋼、その他などを挙げることができる。プラスチックとしては、例えばＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、その他などを挙げることができる。本発明では、特に耐食性、強度などの点からステンレス鋼が好ましい。

これらの成型品としては、極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を通過させることができる限り何れの形態であっても良い。例えば、平板状、円筒状などその他などの形態が挙げられる。特に、気相及び液相を通過しやすいという点では円筒状であることが好ましい。

ここで、気液混合溶解手段のスクリーンの極狭小幅は、０．００１ｍｍから４ｍｍ程度から選定することが可能であるが、気相と液相の環境次第により極狭小幅を選定することができる。

なお、気相を供給する手段としては公知のボンベや、コンプレッサーなどを採用することができる。

本発明の気液混合溶解装置としては、液相に気相を溶解させるための装置であって、（１）液相を供給する液相供給手段、（２）気相を供給する気相供給手段、（３）前記気相供給手段及び液相供給手段から供給された気相及び液相を通過させるための極狭小幅を有するスクリーンが設けられた成型品を備えている気液混合溶解手段を含むことを特徴とする。

また、気液混合溶解手段は、１段階だけでなく、２段階以上の多段式とすることもできる。例えば、第１の気液混合溶解手段を経て得られた気液混合溶解液を第２の気液混合溶解手段を通過させることにより、前記液相中の気相の溶存濃度をより高めることが可能となる。

これは、液送ポンプのインペラの外周面に気液混合溶解手段を配置して、ポンプに吸い込まれた液相及び気相をインペラの遠心力により極狭小幅を有するスクリーンを通過させることにより気泡径を小さくして、次の気液混合溶解手段に導入することにより前記液相中の気相の溶存濃度をさらに高めることが可能となる。

また、前記筒状体のスクリーンが小さい径の筒状体から放射方向に大きい径の筒状体へと０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔で配置することにより、同じインペラの遠心力により段階的にスクリーンを通過させることになり、前記液相中の気相溶存濃度を効率よく高めることが可能である。

さらに、極狭小幅を有する筒状体のスクリーンを駆動回転しているインペラと一体化し、前記インペラと一体化した回転筒状体とは独立して０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔の隙間を空けて回転筒状体面直上に回転方向に対して邪魔板を固定配置することにより、前記回転筒状体のスクリーンから吐出した液相中の気相が当該邪魔板に強力に衝突することになり、液相中の気相が極狭小幅を有するスクリーンから出たキャビテーション状態の瞬間に、さらに邪魔板によるキャビテーション効果をもたらし、度重なるキャビテーション効果により可及的速やかに液相中の気相を細かくすることが可能で、前記液相中の気相溶存濃度を効率よく高めることができる。

なお、本発明装置では、気相及び液相あるいはこれら混合物を極狭小幅を有するスクリーンに圧入するための加圧装置を備えていることが望ましい。圧力は、用いるスクリーンの材質（物性）などに応じて０．０１乃至２ＭＰａの範囲内で適宜設定することができる。また、ポンプの吸込み圧力を利用する場合は、大気圧乃至０．０２ＭＰａなど程度の範囲内で適宜設定することができる。加圧装置としては、例えばポンプ、ボンベ、コンプレッサーなどを採用することができる。

ここで本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１（ａ）は、一段式インペラポンプのインペラに本発明に係るスクリーンを備えた気液混合溶解装置の横断面図、図１（ｂ）は、送液ポンプンのインペラ外周面に本発明に係る極狭小幅のスクリーンを備えた一段式インペラポンプのインペラ正面図、図１（ｃ）は、送液ポンプのインペラ外周面に本発明に係る極狭小幅のスクリーンを備えた側面図、図２は、６段式インペラで２段目、４段目、６段目のインペラに本発明に係るスクリーンを備えた気液混合溶解装置の横断面図、図３は、インペラ式ポンプにおいて、本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンをインペラ外周面に備えて、内部から外部への気相及び液相が通過する直後に、前記スクリーン外周面から０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて放射方向に邪魔板を隣接配置した正面図、図４（ａ）は、４段式インペラポンプにおいて、２段目、３段目、４段目のインペラ室に本発明に係る極狭小幅のスクリーンを外周面に備えたインペラと、前記インペラに０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて隣接固定した本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンを備えた、したがって１段のインペラ室に本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンを２層備えて、これが段階的に３段目、４段目のインペラ室でも同様に２層の極狭小幅を有するスクリーンを備えた本発明に係る気液混合溶解装置の横断面図、図４（ｂ）は、本発明に係るスクリーンを外周面に備えたインペラと、前記インペラに０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて隣接固定した本発明に係る邪魔板と極狭小幅を有するスクリーンを２層に備えたある１段のインペラ室正面図、図４（ｃ）は、本発明に係るスクリーンを外周面に備えたインペラと、前記インペラに０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて隣接固定した本発明に係る邪魔板と極狭小幅を有するスクリーンを２層に備えた１段のインペラ室拡大横断面図、図５（ａ）は、本発明に係る気液混合溶解手段であるスクリーンの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ拡大正面図で、（ｃ）のＣ矢視を示す断面図、（ｃ）は極狭小幅を示す（ｂ）のＢ矢視の断面図である。図６は、液中投込み型のインペラ式液送ポンプに本発明に係るスクリーンを備えた気液混合溶解装置の断面図である。図７は、液中投込みがたのインペラ式液送ポンプに本発明に係るスクリーンを備えて、気液混合溶解液の吐出部に気相を引き込むエジェクターを設けた構成図である。図８は、本発明に係る気液混合溶解装置を模式的に示す構成図である。図９は、本発明に係る気液混合溶解装置を模式的に示す構成図である。図１０は、本発明に係る気液混合溶解装置を用いた窒素ガス置換による溶存酸素濃度変化である。図１１は、本発明に係る気液混合溶解装置を用いた空気混合溶解による溶存酸素濃度変化である。図１２は、本発明に係る気液混合溶解装置により水中油滴系エマルションを生成したときの、油滴粒子の個数粒度分布である。

図１（ａ）に示すように本発明装置では、送液ポンプに吸い込まれる液相２と同時に供給される気相３は、インペラａにより気相及び液相の流れｖ１が発生し、送液用インペラ室５のインペラａの外周面に備えた本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンｘにおいて、インペラの遠心力により当該スクリーンｘを通過する液相中気相が微細に分散されて微細気泡となり、高濃度の気液混合溶解液４を容易に生成することができる。

図２に示すように、本発明装置では、送液ポンプのインペラを多段的に有しており、送液ポンプに吸い込まれる液相２と同時に供給される気相３は、送液用インペラ室６のインペラｂの外周面、インペラｄの外周面、インペラｆの外周面に備えた本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンにより、インペラの遠心力により液相中気相が各インペラ室を段階的に通過することで繰り返し微細気泡とすることが可能であり、より高濃度の気液混合溶解液４を容易に生成することができる。

図３に示すように、本発明装置では、インペラ式液送ポンプの送液用インペラ室５のインペラ外周面に本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンｘを備え、当該回転スクリーンｘの外周面に０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて放射状に５０等分間隔で邪魔板ｚ０を設けることにより、インペラａで発生する流れｖ１により液相中気相が当該回転スクリーンを同時に通過した直後に、前記邪魔板でさらにキャビテーション効果により液相中気相を微細に分散させることが可能で、容易に液相中に気相を溶解することが可能である。

図４に示すように、本発明装置では、４段インペラ式送液ポンプの２段目、３段目、４段目のそれぞれインペラｂ、インペラｃ、インペラｄの外周面に本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンｘを備え、インペラ室６ｂ、インペラ室６ｃ、インペラ室６ｄにおいて、それぞれ前記回転スクリーンｘの外周面から０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔ｇを空けて、前記回転スクリーンｘとは独立して、当該スクリーンを構成する図５に示すスクリーンワイヤーｘ１をサポートする邪魔板なるロッドｚを放射方向に備えたスクリーンｙを固定配備することにより、度重なるスクリーンと邪魔板を通過衝突する液相中気相は、強力なキャビテーションを受けることになり、液相中に容易に気相を溶解することができるものである。

図５に示す本発明に係る気液混合溶解手段の筒状スクリーンｘのように、スクリーンを構成する幅Ｗｘ、高さＷｙのスクリーンワイヤーｘ１が、極狭小幅ｓを有して均等に配備されており、さらにこのスクリーンワイヤーを内面から支えている幅Ｒｘ、高さＲｙのサポートロッドｚ１は、筒状軸方向に筒状スクリーンの内面に放射状に等分に配備されているもので、これらのスクリーンワイヤーサイズと、サポートロッドサイズは本発明に係る気液混合溶解装置スケールに合わせて自由に選択することが可能である。

図６に示すように、本発明装置では、液中投込み型の送液ポンプ１の１段または多段的に有しているインペラｂの外周面に備えた本発明に係る極狭小幅を有するスクリーンにより、吸引された液相２と同時に供給される気相３が、インペラｂの遠心力により液相中気相が微細気泡として液相中に分散され、容易に気液混合溶解液４を生成することができる。

図７に示すように、液中投込み型の送液ポンプに本発明の気液混合溶解手段を備え、気液混合溶解液の吐出部に減圧状態にして気相を引き込む吸引式のエジェクターを設けることで、前記エジェクターで生成される粗大気泡による上昇水流９ａが発生し、液相全体が対流することにより、特別にほかのエネルギーを設けることなく高濃度気相混合溶解液を液相中全体に効率よく拡散させることができる。

図９に示すように本発明の装置においては、（ａ）のように、液相現場が苛酷な環境下であっても、吸入送出経路を吸入配管１０ａと送出配管１０ｂとすることにより、危険な液相現場７ｂの近隣に設備を設けなくても、平坦な場所で気液混合溶解手段を実施することが可能で、装置のメンテナンスも安全に行うことができる。また、液相現場の深い液相底付近への送液も容易に実施することが可能である。さらに（ｂ）のように、吸入配管１０ａと送出配管１０ｂのように配備することにより、液相現場７ｂと液相現場７ｃなどと異なる液相現場へ高濃度気相混合溶解液として送出することが可能である。

［実験例１］
図２に示す本発明装置に関し、６段式液送ポンプ内部の２段目インペラｂ部分に極狭小幅０．２ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーン、４段目インペラｄ部分に極狭小幅０．０７５ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーン、６段目インペラｆ部分に極狭小幅０．０７５ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーンの気液混合溶解手段を備えた多段式気液混合溶解装置により、海水１７０Ｌ中にオゾンガスを気相として溶解した気液混合溶解オゾンガス濃度測定結果を表１に示す。このときのオゾン発生装置に供給される酸素流量は４．７Ｌ／分、気液混合溶解水生成量は６６Ｌ／分で、図８に示すような構成で海水を循環しながらオゾン濃度を高めていった。

［実験例２］
図４に示す本発明に係る気液混合溶解装置に関し、４段インペラ式液送ポンプのインペラ室６において、２段目インペラ室６ｂのインペラｂに極狭小幅０．３ｍｍを有するステンレス製ワイヤースクリーンｘを外周面に備え、さらに前記スクリーンｘの外表面から放射方向に１ｍｍの隙間を空けて邪魔板となるサポートロッドを備えた極狭小幅０．５ｍｍを有するステンレス製ワイヤースクリーンｙを２層目としてインペラ室６ｂに固定し、３段目インペラ室６ｃと４段目インペラ室６ｄにも同様の２層のステンレス製ワイヤースクリーンを備えた４段式気液混合溶解装置により、窒素ガスを本発明に係る気相として溶解したときの水道水５００Ｌの溶存酸素濃度の置換時間を、一般的なチューブ曝気による溶存酸素の窒素ガス置換方式と実験比較した。チューブ曝気方式で用いたチューブは、外径６ｍｍ×内径４ｍｍチューブである。また両方式とも気相となる窒素ガスは５Ｌ／分を供給している。置換時間と溶存酸素濃度の比較データを表２と図１０に示すように、チューブ曝気による窒素ガス置換は約６０分かかっても２５％程度の置換しか達成されておらず、これに対して本発明に係る方式では、約３０分で９０％の置換に達している。また、図５のように当該実験に用いた本発明に係る気液混合溶解装置の各ステンレス製ワイヤースクリーンを構成するワイヤーとサポートロッドの寸法は、特に制限されるものではなく、気液混合溶解装置を構成するスケールに合わせて自由に設計できるものであるが、当該実験スケールの装置においては、ワイヤー幅Ｗｘは０．５ｍｍ乃至５．０ｍｍ、ワイヤー高さＷｙは１．０ｍｍ乃至１０．０ｍｍ、サポートロッド幅Ｒｘは１．０ｍｍ乃至１０ｍｍ、サポートロッド高さＲｙは２．０ｍｍ乃至１５．０ｍｍから選択することができる。本実験例では、表３に示す寸法のワイヤーとサポートロッドを用いた。

このように、本発明に係る方式では、液相中に混合溶解する気相量を無駄なく効率よく供給することが可能である。

また、本発明に係る方式で実施した表２に示す溶存酸素濃度が４％まで低下した後、同様に当該気液混合溶解装置で、供給する気相を大気中の空気として気液混合溶解したところ、表４と図１１に示すように、約３０分で９０％以上の溶存酸素濃度に達することができた。

［実験例３］
図８に示すようにうなぎの養殖場において、４段式液送ポンプ１内部のインペラ室６の２段目インペラｂ及び４段目インペラｄの外周面に極狭小幅０．４ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーンを備えた本発明装置により、養殖槽７中の液相を循環させながら水中溶存酸素を高めた時のうなぎの収穫時期と、従来の攪拌による曝気方式のうなぎの収穫時期について比較した。ここで軟性プラスチック質に切り込みを入れたスリット状の気液混合溶解手段を備えた装置ではこのプラスチック質スリットが１日乃至３日で目詰まりが起きたり、亀裂など劣化が顕著に見られ耐久性に問題が発生したのに対し、本発明装置では、気液混合溶解手段の劣化については全く問題なく、従来の攪拌式曝気法による気液混合のうなぎの収穫時期より１ヶ月短縮されて収穫することができた。

［実験例４］
図９（ａ）に示すように、液相として水量１万トン湖沼の溶存酸素濃度を、本発明に係る３段式送液ポンプのインペラ２段に極狭小幅０．４ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーンを備えた気液混合溶解装置を平衡に２台並べて、液相現場位置から高さ約６ｍ位置に配備し、各気液混合溶解装置の液相吐出量を、送液量１５０Ｌ／分に空気を気相として０．７Ｌ／分混合溶解しながら水深約２ｍ位置に放出したところ、運転開始時の溶存酸素濃度約４mg／Ｌから、約２週間後には溶存酸素濃度約１０ｍｇ／Ｌへと上昇させることができた。

［実験例５］
図４に示す本発明に係る気液混合溶解装置において、２段目、３段目、４段目のインペラ外周面に備えた極狭小幅０．３ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーンｘと、その外周面に約１ｍｍ間隔の隙間を空けて、邪魔板となるスクリーンのサポートロッドｚを有する極狭小幅０．０７５ｍｍのステンレス製ワイヤースクリーンｙを備えた気液混合溶解装置を用いて、当該気液混合手段により水中油滴系エマルションを分散相液をつばき油とし、連続相液を０．５％ｔｗｅｅｎ８０水溶液を用いて２０Ｌ生成したところ、図１２に示すとおり平均粒子径約１μmの個数粒度分布を得ることができた。この実験結果から、当該気液混合溶解装置による気泡径も平均１μm程度の微細気泡が生成されて、オストワルド熟成効果により容易に液相中に溶解するものである。

本発明の気液混合溶解装置は、小型乃至大型の液送ポンプのそれぞれのインペラ寸法に合わせて設計することが可能で、水中溶存酸素を高めて（１）湖沼などの水質浄化、（２）魚介類の養殖など、また家庭向け小型浴用や大衆浴場の中型浴用など医学的にも効果が報告されている（３）高濃度炭酸浴、また水素ガスを溶解した（４）飲料用水素水、除菌殺菌を目的として液相中にオゾンガスを混合溶解させた（５）洗浄用オゾン水など液相中に機能性ガスを供給し溶解させる高濃度ガス溶解水の広範な分野に適用できる。

高濃度炭酸ガスを溶解させる炭酸浴用気液混合溶解システムとして、家庭用お風呂から銭湯・温泉施設、宿泊・デイケア施設の大浴場など設置先は広範にある。

また、食品・飲料業界においては高濃度酸素ガス・水素ガスを飲料用高濃度酸素水・水素水などとして市場化できる可能性が十分あり、食品産業においては、抗酸化法として液体物の酸化を防ぐ目的で、液体中の酸素濃度を減らすために窒素ガスを液相中に気液混合溶解させる技術に応用可能である。

更に、食品産業・農業・漁業・医療業界など衛生面で除菌殺菌を行う場面で、水などの液相中にオゾンガスを気液混合溶解させて洗浄用オゾン水として利用できる可能性があり、いずれも液相中にガスを低エネルギーで効率よく溶解させることが可能である。

（ａ）は本発明に係る気液混合溶解装置の一実施例を示す横断面図、（ｂ）はスクリーンを外周面に設けた一段式インペラ室内のインペラ正面図、（ｃ）はスクリーンを外周面に設けたインペラ側面図である。 本発明に係る気液混合溶解装置の一実施例を示す横断面図である。 本発明に係る気液混合溶解装置の駆動回転スクリーンに、０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて外周面の放射方向に邪魔板を隣接配置した一実施例である。 （ａ）は本発明に係る気液混合溶解装置の一実施例を示す横断面図、（ｂ）は１段インペラ室内で、２つのスクリーンを０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて放射方向に隣接配置した正面図、（ｃ）は隣接配置したスクリーンの拡大横断面図である。 本発明に係る気液混合溶解手段であるスクリーンの一実施例を示すもので、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ拡大正面図で、（ｃ）のＣ矢視を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ矢視を示す断面図である。 本発明に係る気液混合溶解装置の一実施例を示す横断面図である。 本発明に係る気液混合溶解装置の一実施例を示す横断面図である。 本発明に係る気液混合溶解装置を模式的に示す構成図である。 本発明に係る気液混合溶解装置を模式的に示す構成図である。 本発明に係る気液混合溶解装置を用いた窒素ガス置換による溶存酸素濃度変化である。 本発明に係る気液混合溶解装置を用いた空気混合溶解による溶存酸素濃度変化である。 本発明に係る気液混合溶解装置により水中油滴系エマルションを生成したときの、油滴粒子の個数粒度分布である。

１ 気液混合溶解装置
２ 液相供給
３ 気相供給
３ａ エジェクター用気相供給
４ 気液混合溶解液送出
５ １段式インペラ室
６ 多段式インペラ室
６ａ １段目インペラ室
６ｂ ２段目インペラ室
６ｃ ３段目インペラ室
６ｄ ４段目インペラ室
ａ １段目インペラ
ｂ ２段目インペラ
ｃ ３段目インペラ
ｄ ４段目インペラ
ｅ ５段目インペラ
ｆ ６段目インペラ
ｖ１ インペラにより極狭小幅を有するスクリーンに流入する気相及び液相の流れ
ｖ２ 極狭小幅を有するスクリーンを通過した気相及び液相の流れ
ｘ 極狭小幅を有するスクリーン
ｘ１ 極狭小幅を形成するスクリーンの一ワイヤー
ｙ 極狭小幅を有するスクリーンに隣接された極狭小幅を有するスクリーン
ｚ０ 邪魔板
ｚ 邪魔板となるサポートロッド
ｚ１ 極狭小幅を形成する各ワイヤーをサポートする一ロッド
ｇ ２層のスクリーン間の隙間
ｓ 極狭小幅
Ｒｘ サポートロッドの幅
Ｒｙ サポートロッドの高さ
Ｗｘ スクリーン用ワイヤーの幅
Ｗｙ スクリーン用ワイヤーの高さ
７ 液相室
７ａ 液相面
７ｂ 液相現場
７ｃ 液相現場
８ 気相室
９ エジェクター
９ａ 上昇水流
１０ａ 吸入配管
１０ｂ 送出配管

Claims (14)

1. 金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンに、気相及び液相を同時に通過させることにより、液相中に気相を溶解させることを特徴とする気液混合溶解方法。
2. 前記スクリーンの極狭小幅の隙間が０．００１ｍｍ乃至４ｍｍである、請求項１記載の気液混合溶解方法。
3. 前記スクリーンが段階的に設けられている、請求項１乃至請求項２記載の気液混合溶解方法。
4. 前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体の内部から外部に向かって又は外部から内部に向かって極狭小幅を有するスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
5. 前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転駆動部を回転することにより当該筒状体を回転しながら気相及び液相を同時に通過させる、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
6. 前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の内部から外部、或いは外部から内部への出口付近に０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの間隔を空けて当該筒状体外周面の放射方向に隣接固定された邪魔板を設けることにより気相を液相中に溶解させることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
7. 前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように形成され、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
8. 前記スクリーンが筒状に形成された筒状体であって、当該筒状体が回転駆動部と連結しており、当該回転筒状体の一回り大きい筒状に形成された別のスクリーンの筒状体が、前記回転筒状体の外周に一定間隔を空けて隣接するように当該回転筒状体とは独立して固定配備されるものであり、放射方向に段階的に設けられたスクリーンに気相及び液相を同時に通過させる、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の気液混合溶解方法。
9. 液相に気相を溶解させるための装置であって、（１）液相を供給する液相供給手段、（２）気相を供給する気相供給手段、（３）前記気相供給手段及び液相供給手段から供給された気相及び液相を同時に通過させる為の金属又は高硬度プラスチックで形成された極狭小幅を有するスクリーンを備えている気液混合溶解手段を含む、請求項1乃至請求項８のいずれか記載の気液混合溶解装置。
10. 液相に気相を溶解させるための装置であって、多孔質体により生成される微細な気泡を気相供給手段とする、請求項９記載の気液混合溶解装置。
11. 液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプの吸込側に気液混合溶解手段が配置され、その吸込圧により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、請求項９乃至請求項１０のいずれか記載の気液混合溶解装置。
12. 液送のポンプを有し、かつ、前記ポンプ内部の１段及び／又は多段的に設けられた送液用インペラの外周面に、１段及び／又は多段的或いは各１段内に多層的に気液混合溶解手段が配置され、インペラの遠心力により、供給された気相及び液相を同時に前記極狭小幅を有するスクリーンに通過させることで液相中に気相を溶解させる、請求項９乃至請求項１１のいずれか記載の気液混合溶解装置。
13. 粗大気泡による液相対流効果で液相を攪拌させるために、気液混合溶解手段の出口に減圧状態にして気相を引き込むエジェクターを設けた、請求項９乃至請求項１２のいずれか記載の気液混合溶解装置。
14. 請求項１２記載の気液混合溶解装置において、液相の位置から気液混合溶解手段である気液混合溶解装置までを吸入送出配管で連絡することにより、液相現場にあわせて、液相位置から遠隔位置で気液混合溶解を行うことができることを特徴とする、気液混合溶解装置。