JP2013233524A

JP2013233524A - 気体溶解タンクおよびこれを備えた気体溶解装置

Info

Publication number: JP2013233524A
Application number: JP2012108916A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Maeda; 康成前田; Yoshiyasu Ito; 良泰伊藤; Hitoshi Kitamura; 仁史北村; Kyoko Tsutsumi; 恭子堤; Hisanori Shibata; 尚紀柴田; Tomohiro Akita; 朋弘穐田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: JP5975382B2

Abstract

【課題】気液混合流体に大きな気泡が混入するのを抑制しつつ、低流量の場合でも気体と液相流体（液体）を効率的に混合することができる気体溶解タンクおよび気体溶解装置を提供すること。
【解決手段】流入口２１は気体溶解槽２内に液相流体の旋回流を導入可能であるとともに、気体溶解槽２の内周壁面には、内方に突出する縮流段部が全周に亘って設けられており、気体溶解槽２内を旋回して上昇する液相流体の流れが、縮流段部によって、気体溶解槽２の円筒中心方向へ誘導される気体溶解タンク１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体溶解タンクおよびこれを備えた気体溶解装置に関する。

特許文献１には、外周側面に螺旋状エアー案内部が形成され、流体引き込み口を備えた内筒と、内周側面に複数の突起部が配設されている外筒とを有するとともに、内筒と外筒の間の間隙が気体誘導部とされている気液混合循環装置が記載されている。

特許文献１の気液混合循環装置（気体溶解装置）では、気体は、内筒の螺旋状エアー案内部によって、外筒の内周側面を旋回するように誘導され、上昇し、この際の浮力により、内筒の流体引き込み口から流体（液体）が引き込まれる。外筒の内周側面を気体の塊として旋回するように上昇した気体は、複数の突起部にあたり、さらに外筒の内周側面を旋回するように上昇する。そして、流体は、このような気体の上昇に伴い、混合部で気体と混合、攪拌されて、旋回して上昇していき、気体と流体の混合液（気液混合流体）が生成される。このため、特許文献１の気液混合循環装置は、気体と流体（液体）の混合、撹拌を効率的に行うことができるとされている。

ＷＯ２００８／１３９７２８号公報

しかしながら、特許文献１の気液混合循環装置の場合、外筒の内周壁面に設けられた突起部によっては、気体は、その流れが分岐する程度であり、流体（液体）との混合、撹拌効率を高めるための方法として十分なものとは言えない。

さらに、特許文献１の気液混合循環装置の場合、上昇する気体の浮力によって大量の流体を引き込んでいる。このため、強力に送風して気体を導入する必要があり、混合された気液混合流体には、大きな気泡が混入する恐れがあるとともに、流体（液体）の流量を調整することは難しい。

また、一般的には、気体溶解装置において、気体に対する流体（液体）の導入量を増やすことで、大きな気泡の混入を抑制することはできると考えられる。しかしながら、この場合には、特許文献１の気液混合循環装置を含め、気液混合流体に所望量の微細気泡を包含させることは難しく、また、低流量の用途への適用を困難にしてしまうという問題がある。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、気液混合流体に大きな気泡が混入するのを抑制しつつ、低流量の場合でも気体と液相流体（液体）を効率的に混合することができる気体溶解タンクおよび気体溶解装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の気体溶解タンクは、底面付近に液相流体の流入口を備えた略円筒状の気体溶解槽と、気液混合流体の排出口および気体の排気部を備えた気液分離槽とが、気体溶解槽の上端付近に設けられた連通部を介して連通しており、前記流入口から導入された液相流体が前記気体溶解槽内を上昇することで気液混合流体が生成され、この気液混合流体が、前記連通部を通じて前記気液分離槽へと流れ、前記排出口から排出される気体溶解タンクであって、前記流入口からは前記気体溶解槽内に液相流体の旋回流を導入可能であるとともに、前記気体溶解槽の内周壁面には、内方に突出する縮流段部が全周に亘って設けられており、前記気体溶解槽内を旋回して上昇する液相流体の流れが、前記縮流段部によって、前記気体溶解槽の円筒中心方向へ誘導されることを特徴としている。

この気体溶解タンクにおいては、前記縮流段部は、前記内周壁面から内側斜め上方向に向かって突出する傾斜部を有することが好ましい。

この気体溶解タンクにおいては、前記縮流段部は、水平方向全周に亘る帯状であり、上下方向に複数段設けられていることがより好ましい。

この気体溶解タンクにおいては、前記縮流段部は、上下方向に連続する螺旋状であることがより好ましい。

本発明の気体溶解装置は、前記気体溶解タンクを備えることを特徴としている。

本発明の気体溶解タンクおよび気体溶解装置によれば、気液混合流体に大きな気泡が混入するのを抑制しつつ、低流量の場合でも気体と液相流体（液体）を効率的に混合することができる。

（Ａ）は、本発明の気体溶解タンクの一実施形態を例示した上面図であり、（Ｂ）は、本発明の気体溶解タンクの一実施形態を例示した側面図である。図１（Ａ）に示したＣ−Ｃ断面における斜視断面図である。本発明の気体溶解タンクにおける流体の流れを例示した斜視断面図である。本発明の気体溶解タンクにおける縮流段部の別の形態を例示した斜視部分透視図である。

図１（Ａ）は、本発明の気体溶解タンクの一実施形態を例示した上面図であり、図１（Ｂ）は、本発明の気体溶解タンクの一実施形態を例示した側面図である。図２は、図１（Ａ）に示したＣ−Ｃ断面における斜視断面図である。

気体溶解タンク１は、やや縦長な形状を有する中空な筒箱状に形成されている。気体溶解タンク１の内部では、気体溶解槽２と気液分離槽３とが仕切り壁４を介して隣接している。また、運転前の気体溶解タンク１の内部には、空気などの溶質となる気体が貯留している。

気体溶解槽２は、略円筒状に形成されており、底面に液相流体の流入口２１を備えている。流入口２１は、気体溶解槽２の底面において、略円形の内周壁面２２に沿って配置されており、気体溶解槽２の内部と外部を連通することで、外部から所望の液相流体を気体溶解槽２内へ流入させることができる。気体溶解タンク１の流入口２１は、例えば、供給管（図示していない）を介してポンプ（図示していない）などと接続することができる。ポンプを作動させ、運転を開始させることで、例えば浴槽内の湯水などの、流体において溶媒となる液相流体が流入口２１を通じて気体溶解タンク１の気体溶解槽２に、その下部から供給され、気体溶解槽２内に噴出する。この液相流体の噴出は、ポンプによって所定の圧力に加圧されていることによって生じる。

気体溶解槽２の流入口２１から噴出された液相流体は略円形の内周壁面２２に沿って流入するため、気体溶解槽２内に液相流体の旋回流を導入することができる。ここで、「旋回流」とは、気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って円を描くような流体の流れをいい、流入口２１から気体溶解槽２の内部に流入した液相流体は、気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って旋回しながら竜巻状に上昇する。

また、気体溶解タンク１に導入される液相流体には、単独の液体および気体を含む液体、すなわち、気液混合流体が含まれる。気体溶解タンク１に導入される液相流体が気液混合流体の場合には、気体溶解タンク１に貯留する気体と導入する気液混合流体に含まれる気体とが同種であることが好ましい。

さらに、気体溶解槽２の内周壁面２２には、水平方向全周に亘って、帯状の縮流段部２３が上下に３段設けられている。縮流段部２３の下側の部分には、内周壁面２２から内側斜め上方向に向かって突出する傾斜部２３aが形成されている。さらに、この傾斜部２３aの上端からは、上方向に向かって延びる先端部２３bが形成され、この先端部２３bの上端からは、気体溶解槽２の内周壁面２２へと向かう平坦部２３ｃが形成されている。

気液分離槽３は、仕切り壁４と気体溶解タンク１の外壁１aとの間に形成されており、仕切り壁４を介して気体溶解槽２と隣接している。仕切り壁４は気体溶解槽２の壁面の一部として形成されており、気体溶解槽２の上方に位置する上端付近に気体溶解槽２と気液分離槽３とを連通する連通部４１を有している。また、気液分離槽３の底面付近には排出口３１が設けられており、気液分離槽３内の気液混合流体を外部へ排出可能とされている。

気液分離槽３の上方には、気体溶解タンク１の外側に分岐する排気部３２が並設されている。排気部３２は上面部３２a、下面部３２bおよび側面部３２cを有する略円筒状であり、気液分離槽３と接する側面部３２cに気液分離槽３と通じる貫通孔３２１を有するとともに、上面部３２aに外部と通じる排気口３２２を有している。

図３は、本発明の気体溶解タンクにおける流体の流れを例示した斜視断面図である。

図３に例示したように、流入口２１から気体溶解槽２内に流入した液相流体は、旋回流として導入され、気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って旋回しながら上昇する（矢印Ａ）。この際、上昇する液相流体が気体溶解槽２の内周壁面２２に設けられた縮流段部２３に接触すると、縮流段部２３の傾斜部２３aによって液相流体の流れが気体溶解槽２の円筒中心方向へ誘導される（矢印Ｂ）。その結果、液相流体の一部は気体溶解槽２の内周壁面２２から離脱し、微細な液滴となって気体溶解槽２内の気相に飛散する。この液滴と気体との接触面積（気液界面積）は、液相流体が気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って流れるときの接触面積と比較して大きいため、高い溶解効率で気体と液相流体とが混合され、気液混合流体が生成される。また、縮流段部２３が複数段設けられているため、上昇する流体は、内周壁面２２からの離脱と気体の溶解とを繰り返し、さらに気体の溶解効率が向上する。このように、内周壁面２２から離脱する液滴によって気液界面積を拡大して気体を溶解させるため、流入口２１から導入される液相流体が低流量の場合であっても、大きな気泡が混入し難く、気体と液相流体とを効率的に混合することができる。

また、気体溶解槽２において、上昇する気液混合流体が仕切り壁４の上端付近に接近するとき、気液混合流体に含まれる比較的大きな気泡も浮力によって上昇し、液面付近において破裂させることができる。このため、気液混合流体中に大きな気泡の混入することがより確実に抑制される。

このように、液相流体が気体溶解槽２内を上昇することで、微細気泡を含む気液混合流体が高い溶解効率で生成され、この気液混合流体が、仕切り壁４の連通部４１を通じて気液分離槽３へと流れ落ちる（矢印Ｃ）。この際、気液混合流体中に含まれる未溶解の気泡の合一が促される。そして、合一した余剰の気泡は、気液分離槽３の上方の気相に放出され、排気部３２の貫通孔３２１および排気口３２２を通って気体溶解タンク１の外部へ排気されるため、気液分離が促進され、さらに大きな気泡の流出が抑制される。そして、微細気泡を含む気液混合流体は、その後、排出口３１から排出される（矢印Ｄ）。

また、気液分離槽３には、底面付近に気液混合流体の排出口３１が設けられているので、未溶解の気体による気泡が気液混合流体中に混合されていたとしても、液面付近に存在する大きな気泡の流出を抑制することができる。気泡は、気液分離槽３に貯留する気液混合流体の上側ほど密に存在するため、大きな気泡は底面付近にはあまり存在しない。気液混合流体は、気液分離槽３の底面付近に設けられた排出口３１を通じて気体溶解タンク１の外部に流出し、取り出されるため、大きな気泡の流出が抑制される。

図４は、本発明の気体溶解タンクにおける縮流段部の別の形態を例示した斜視部分透視図である。図４では、気体溶解タンクの気体溶解槽の部分について内部透視図として示している。また、縮流段部以外の部分は、図２、図３も用いて説明した部分と共通するため、この部分については、同一の符号を付し、以下では説明は省略する。

図４に例示した気体溶解タンク１では、気体溶解槽２の内周壁面２２の全周に、上下方向に連続する螺旋状の縮流段部２３が設けられている。縮流段部２３の断面形状は、図２に例示した形態と略同様であり、縮流段部２３は、内周壁面２２から内側斜め上方向に向かって突出する傾斜部を有している。

そして、流入口２１から気体溶解槽２内に流入した液相流体は、旋回流として導入され、気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って旋回しながら上昇する。この際、上昇する液相流体が気体溶解槽２の内周壁面２２に設けられた縮流段部２３に接触すると、縮流段部２３の傾斜部２３aによって液相流体の流れが気体溶解槽２の円筒中心方向へ誘導される。その結果、液相流体の一部は気体溶解槽２の内周壁面２２から離脱し、微細な液滴となって気体溶解槽２内の気相に飛散する。この液滴と気体との接触面積（気液界面積）は、液相流体が気体溶解槽２の内周壁面２２に沿って流れるときの接触面積と比較して大きいため、高い溶解効率で気体と液相流体とが混合され、気液混合流体が生成される。また、縮流段部２３は螺旋状に連続して設けられており、上昇する流体は、内周壁面２２からの離脱と気体の溶解とを繰り返すため、気体の溶解効率が向上している。このため、流入口２１から導入される液相流体が低流量の場合であっても、気体と液相流体とを効率的に混合することができる。

そして、本発明の気体溶解装置（図示していない）は、例えば、図１〜図４に例示した気体溶解タンクを備えている。気体溶解装置は、気体溶解タンクの他に、例えば、気体溶解槽へ液相流体を導入するための供給管、ポンプなどを備えることができる。また、気体溶解装置は、例えば、気体溶解タンク内に貯留している気体を気体溶解タンクから一旦取り出した後、気体溶解タンク内に戻して循環させるための気体循環経路などを備えることもできる。さらに、気体溶解装置は、気体溶解タンク内の上部などに貯留している未溶解の気体を吸引し、気体循環経路を介して気体溶解タンクの気液混合槽に送り出すための気体循環エジェクタなどを備えることもできる。また、例えば、気体溶解タンクの排出管と浴槽内部などとを連通し、空気が溶解した湯水（気液混合流体）を吐出するための吐出管などを備えることもできる。

本発明の気体溶解タンクおよび気体溶解装置は、上記実施形態に限定されるものではない。

具体的には、例えば、気体溶解タンクは、気体溶解槽と気液分離槽とが必ずしも隣接していなくてもよく、気体溶解槽と気液分離槽とが分離して位置し、配管状の連通部を介して接続されている構造を有していてもよい。また、流入口、排出口、排気部などの配設位置や形態も適宜設計することができる。

さらに、気体溶解槽の縮流段部の形状、大きさ、配設位置などは、上昇する液相流体の流れを円筒中心方向へ誘導可能であれば特に限定されず、適宜設計することができる。また、縮流段部を帯状に設ける場合の配設数（段の数）や、縮流段部を螺旋状に設ける場合のピッチ数なども適宜設計することができる。

１気体溶解タンク
２気体溶解槽
２１流入口
２２内周壁面
２３縮流段部
２３a 傾斜部
３気液分離槽
３１排出口
３２排気部
４仕切り壁
４１連通部

Claims

底面付近に液相流体の流入口を備えた略円筒状の気体溶解槽と、気液混合流体の排出口および気体の排気部を備えた気液分離槽とが、気体溶解槽の上方に設けられた連通部を介して連通しており、前記流入口から導入された液相流体が前記気体溶解槽内を上昇することで気液混合流体が生成され、この気液混合流体が、前記連通部を通じて前記気液分離槽へと流れ、前記排出口から排出される気体溶解タンクであって、
前記流入口からは前記気体溶解槽内に液相流体の旋回流を導入可能であるとともに、前記気体溶解槽の内周壁面には、内方に突出する縮流段部が全周に亘って設けられており、前記気体溶解槽内を旋回して上昇する液相流体の流れが、前記縮流段部によって、前記気体溶解槽の円筒中心方向へ誘導されることを特徴とする気体溶解タンク。
前記縮流段部は、前記内周壁面から内側斜め上方向に向かって突出する傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の気体溶解タンク。
前記縮流段部は、水平方向全周に亘る帯状であり、上下方向に複数段設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解タンク。
前記縮流段部は、上下方向に連続する螺旋状であることを特徴とする請求項１または２に記載の気体溶解タンク。
請求項１から４のいずれか一項に記載の気体溶解タンクを備えることを特徴とする気体溶解装置。