JP2023035850A - Gas-liquid mixing nozzle and liquid processing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、気液混合ノズル及び液体処理装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to gas-liquid mixing nozzles and liquid treatment devices.
気体を液体に溶解させるための方法として、特許文献１に記載されるように、加圧容器で気液を混合して気体を溶解させる気体溶解促進法が知られている。また新たな気体溶解促進法として、非特許文献１に記載されるように、微細気泡を発生させる方法が提案されている。一方で、特許文献２～５に記載されるように、微細気泡を生成するノズルの開発がなされている。これらのノズルは、例えば液体処理装置や化学反応器等に用いられる。
As a method for dissolving a gas into a liquid, as described in
微細気泡生成ノズルは、例えば特許文献２に記載されるように、流路の入口側を形成する流入部と、流路の出口側を形成する吐出部と、流入部と吐出部との間に設けられた気泡生成部とを備える。気泡生成部の断面積は、流入部の断面積や吐出部の断面積よりも小さくなっている。すなわち、気泡生成部は、微細気泡生成ノズルの流路において最も小さい断面積を有する。特許文献３に記載される微細気泡生成ノズルも、テーパ部と拡大部との間に形成されて、最も小さい断面積を有する喉部を備える。特許文献４に記載される微細気泡発生器も、大管径部と円錐状流路との間に形成されて、大管径部の流路の径よりも相対的に小さな径を有する小管径部を備える。
For example, as described in
上記した従来のノズルは、微細気泡を生成することによる気体溶解促進を目的として開発されている。しかしながら、従来のノズルは、微細気泡の生成に着目されており気体の溶解に関して最適化されているとは言えず、気体の溶解に関しては改良の余地が残されている。さらに、特許文献５に記載される流体撹拌器のように、旋回流を生成するための翼板がノズルに設けられると、流体の流通抵抗が増加する。その結果、ノズルに流体を流通させるためのポンプ動力が増加するおそれがある。このように、より低い動力で気体の溶解量を増やすことのできる気液混合ノズルが求められている。
The conventional nozzles described above have been developed for the purpose of promoting gas dissolution by generating fine bubbles. However, conventional nozzles focus on the generation of microbubbles and cannot be said to be optimized for gas dissolution, leaving room for improvement in gas dissolution. Furthermore, if the nozzle is provided with vanes for generating a swirling flow, as in the fluid agitator described in
本開示は、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ気体を液体に溶解させ易くすることができる気液混合ノズル及び液体処理装置を説明する。 The present disclosure describes a gas-liquid mixing nozzle and a liquid treatment apparatus that can easily dissolve gas in liquid while suppressing flow resistance when gas and liquid flow through the throat.
本開示の一態様は、入口部と、出口部と、入口部及び出口部の間に配置された喉部と、が中心軸線に沿ってそれぞれ形成され、入口部、喉部、及び出口部が接続されて気体及び液体の流路をなす気液混合ノズルであって、気体及び液体が流入する入口部であって、所定の第１内径を有すると共に、第１内径よりも流路の内径を縮小させる環状の縮小端面を含む入口部と、縮小端面の下流側に接続されて、第１内径よりも小さい第２内径を有すると共に中心軸線の方向に長さを有する管状の喉部と、喉部の下流側に接続されて流路の内径を拡大させる環状の拡大端面を含むと共に、第２内径より大きい第３内径を有する出口部と、を備え、第２内径に対する長さの比は、８以上且つ３０以下であり、喉部の平均粗さは、２μｍ以上且つ２０μｍ以下である。 One aspect of the present disclosure is that the inlet section, the outlet section, and the throat section disposed between the inlet section and the outlet section are each formed along a central axis, and the inlet section, the throat section, and the outlet section are A gas-liquid mixing nozzle connected to form a channel for gas and liquid, wherein the inlet portion into which the gas and the liquid flow has a predetermined first inner diameter, and the inner diameter of the channel is larger than the first inner diameter. a tubular throat having a second inner diameter smaller than the first inner diameter and having a length in the direction of the central axis, connected downstream of the reduced end face and having a length in the direction of the central axis; an outlet section including an annular enlarged end face connected downstream of the section for enlarging the inner diameter of the flow path and having a third inner diameter greater than the second inner diameter, the ratio of the length to the second inner diameter being: 8 or more and 30 or less, and the average roughness of the throat is 2 μm or more and 20 μm or less.
本開示の一態様に係る気液混合ノズルによれば、気体及び液体が、入口部に流入し、次いで管状の喉部に流入する。入口部から喉部にかけて、環状の縮小端面によって流路の内径が縮小させられる。喉部は、入口部の第１内径よりも小さい第２内径を有する。喉部の平均粗さが２μｍ以上且つ２０μｍ以下である構成が、気体を液体に溶解させ易くなることに寄与する。第２内径の８倍以上且つ３０倍以下の長さを喉部が有する構成が、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制することに寄与する。このような構成によれば、例えば喉部に翼板又は突起を設ける構成と比べて、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ気体を液体に溶解させ易くすることができる。その結果、同一のポンプ動力で気体の溶解量をより増やすことができる。 According to a gas-liquid mixing nozzle according to one aspect of the present disclosure, gas and liquid enter an inlet and then a tubular throat. From the inlet to the throat, the inner diameter of the flow path is reduced by the annular reduced end face. The throat has a second inner diameter less than the first inner diameter of the inlet. The configuration in which the throat portion has an average roughness of 2 μm or more and 20 μm or less contributes to facilitating the dissolution of the gas into the liquid. The configuration in which the throat portion has a length that is 8 times or more and 30 times or less than the second inner diameter contributes to suppressing flow resistance when gas and liquid flow through the throat portion. According to such a configuration, it is possible to easily dissolve the gas in the liquid while suppressing the flow resistance when the gas and the liquid flow through the throat, as compared with the configuration in which the throat is provided with blades or projections. can. As a result, the amount of dissolved gas can be increased with the same pump power.
いくつかの態様において、喉部の平均粗さは、１０μｍ以上且つ２０μｍ以下であってもよい。この構成によれば、気体及び液体が喉部を流通する際に、気体が液体に更に溶解し易くなる。 In some aspects, the average roughness of the throat may be greater than or equal to 10 μm and less than or equal to 20 μm. According to this configuration, when the gas and liquid flow through the throat, the gas is more easily dissolved in the liquid.
いくつかの態様において、第２内径に対する長さの比は、８以上且つ１５より小さくてもよい。この構成によれば、気体及び液体を流通させるためのポンプ動力を抑制し易くなる。 In some aspects, the ratio of length to second inner diameter may be 8 or greater and less than 15. According to this structure, it becomes easy to suppress the pump power for circulating gas and liquid.
いくつかの態様において、中心軸線を含む断面において、縮小端面のなす角度は１８０度であってもよい。この構成によれば、気液混合ノズルをシンプルに構成することができる。 In some aspects, the angle formed by the reduced end faces may be 180 degrees in a cross section containing the central axis. With this configuration, the gas-liquid mixing nozzle can be configured simply.
本開示の別の態様は、処理対象の液体と処理用ガスとを混合して液体中の有機物を分解処理する液体処理装置であって、液体を収容する貯留槽と、上記いずれかの気液混合ノズルと、貯留槽から気液混合ノズルへ液体を流通させる流路と、流路上に設けられ、液体を気液混合ノズル側へ送出するポンプと、流路の気液混合ノズルよりも貯留槽側に接続され、液体に処理用ガスを供給するガス供給部と、を備える。 Another aspect of the present disclosure is a liquid treatment apparatus that mixes a liquid to be treated and a treatment gas to decompose organic matter in the liquid, comprising: a storage tank containing the liquid; A mixing nozzle, a channel for circulating liquid from a storage tank to the gas-liquid mixing nozzle, a pump provided on the channel for sending the liquid to the gas-liquid mixing nozzle side, and a storage tank from the gas-liquid mixing nozzle in the channel a gas supply connected to the side for supplying a processing gas to the liquid.
本開示の一態様に係る液体処理装置によれば、上記いずれかの気液混合ノズルを備えるため、例えば喉部に翼板又は突起を設ける構成と比べて、処理用ガス及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ、処理用ガスを液体に溶解させ易くすることができる。溶解した処理用ガスを含む液体は出口部を通り、例えば出口部に接続された反応器等に供給される。処理対象の液体と処理用ガスとの混合が促進されているため、液体中の有機物の分解処理が促進される。よって、同一のポンプ動力で有機物の分解量をより増やすことができる。 According to the liquid processing apparatus according to an aspect of the present disclosure, since it includes any of the gas-liquid mixing nozzles described above, the processing gas and the liquid flow through the throat as compared with a configuration in which a vane plate or a projection is provided in the throat, for example. It is possible to facilitate the dissolution of the processing gas into the liquid while suppressing the flow resistance during flow. A liquid containing dissolved processing gas passes through the outlet and is supplied, for example, to a reactor or the like connected to the outlet. Since mixing of the liquid to be treated and the gas for treatment is promoted, the decomposition treatment of organic matter in the liquid is promoted. Therefore, it is possible to further increase the decomposition amount of organic matter with the same pump power.
いくつかの態様において、液体は、有機物を含む排水であり、処理用ガスは、オゾンであってもよい。この構成によれば、効率的な排水の処理が可能となる。 In some embodiments, the liquid may be waste water containing organics and the treating gas may be ozone. According to this configuration, it is possible to efficiently treat the waste water.
いくつかの態様において、液体処理装置は、複数の気液混合ノズルを備えており、複数の気液混合ノズルは、連続して設けられていてもよい。この場合、複数の気液混合ノズルのうち１つの気液混合ノズルを通過する際に気泡が微細化される現象が、気泡が気液混合ノズルを通過するごとに繰り返し生じるため、気液混合ノズルの数に応じて気泡の微細化が促進されることが見出される。よって、１つの気液混合ノズルを用いる場合と比べてより一層、液体中の有機物の分解処理が促進される。 In some aspects, the liquid treatment apparatus includes a plurality of gas-liquid mixing nozzles, and the plurality of gas-liquid mixing nozzles may be provided continuously. In this case, the phenomenon in which bubbles are made finer when passing through one of the plurality of gas-liquid mixing nozzles occurs repeatedly each time the bubbles pass through the gas-liquid mixing nozzle. It is found that the miniaturization of bubbles is promoted according to the number of . Therefore, the decomposition of organic matter in the liquid is promoted more than when one gas-liquid mixing nozzle is used.
いくつかの態様において、複数の気液混合ノズルは、互いに直接連結されていてもよい。この構成によれば、複数の気液混合ノズルを例えば溶接等により連結することができる。 In some embodiments, multiple gas-liquid mixing nozzles may be directly connected to each other. According to this configuration, a plurality of gas-liquid mixing nozzles can be connected by welding or the like.
本開示のいくつかの態様によれば、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ気体を液体に溶解させ易くすることができる。 According to some aspects of the present disclosure, it is possible to facilitate the dissolution of the gas into the liquid while suppressing flow resistance when the gas and liquid flow through the throat.
以下、例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一符号を付し、重複する説明を省略する。本明細書において、「上流」又は「下流」との語は、液体の流れを基準として用いられる。 Exemplary embodiments are described below with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. As used herein, the terms "upstream" or "downstream" are used with reference to liquid flow.
図１を参照して、本実施形態の気液混合ノズル１０について説明する。気液混合ノズル１０は、例えば液体処理装置又は化学反応器等に用いられる。
A gas-
気液混合ノズル１０は、気体を液体に溶解させるためのノズルである。気液混合ノズル１０は、気体及び液体を供給する配管に組み込まれて用いられる。気液混合ノズル１０は、例えば、水槽又は反応器とポンプとの間の配管に設けられる。気液混合ノズル１０は、水槽又は反応器内の液体に直接接触してもよい。気液混合ノズル１０は、気体が溶解された液体を水槽又は反応器内の液体に直接吹き込むためのノズルであってもよい。気液混合ノズル１０が適用される液体は、例えば水である。水とは、例えば液体処理装置によって処理される排水（廃水）もしくは汚水を含む概念である。気液混合ノズル１０は、例えば、有機物を含む排水から有機物を分解して浄化処理する液体処理装置に用いられ得る。気液混合ノズル１０が適用される液体は、水以外の液体であってよい。気液混合ノズル１０によって液体に溶解させられる気体は、例えばオゾンガスである。気液混合ノズル１０によって液体に溶解させられる気体は、オゾンガス以外の気体であってよい。気液混合ノズル１０によって液体に溶解させられる気体は、例えば、酸素（空気）、炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水素ガス、アンモニアガス等であってもよい。
The gas-
図１に示されるように、気液混合ノズル１０は、内部に流路が形成された本体２０を備える。本体２０は、本体２０が接触する液体及び気体に対して耐食性及び耐熱性を有する材料からなる。本体２０は、樹脂製であってもよいし、金属製であってもよい。本体２０は、一体成形された構造を有してもよいし、後述の各部が別個に成形された後に互いに接合された構造を有してもよい。本体２０は、公知の方法によって製造され得る。本実施形態の気液混合ノズル１０は、一例として、インライン式のノズルとして構成されている。
As shown in FIG. 1, the gas-
気液混合ノズル１０は、上流側の配管等に接続される入口接続部１４と、入口接続部１４に連続して形成された例えば円筒状の入口部１１と、入口部１１に連続して形成された例えば円管状の喉部１２と、喉部１２に連続して形成された例えば円筒状の出口部１３とを備える。これらの入口接続部１４、入口部１１、喉部１２及び出口部１３は、本体２０の内部において、中心軸線Ｌに沿ってそれぞれ形成されている。これらの入口接続部１４、入口部１１、喉部１２及び出口部１３は、例えば、中心軸線Ｌに関して同軸上に位置するように形成される。入口接続部１４、入口部１１、喉部１２、及び出口部１３が接続されて、気体及び液体の流路をなしている。
The gas-
入口接続部１４は、気液混合ノズル１０の入口側の端部に位置する。入口接続部１４の内面には、例えば雌ねじが形成されている。入口接続部１４には、配管が接続される。入口接続部１４の内径は、例えば入口部１１の第１内径φ１と略等しい。なお、入口接続部１４の外周面に、雄ねじが形成されてもよい。入口接続部１４は、省略されてもよい。その場合、入口部１１が、気液混合ノズル１０の入口側の端部に位置する。
The
入口部１１には、入口接続部１４を通じて、気体及び液体が流入する。入口部１１に流入する液体は、例えば気液混合ノズル１０よりも上流側に設けられたポンプによって、入口部１１に供給される（図３参照）。入口部１１に流入する気体は、気液混合ノズル１０よりも上流側において、入口接続部１４に接続された配管内に、ブロワ等によって供給される（図３参照）。入口部１１に流入する気体を、エジェクタ等によって自給させてもよい。入口部１１は、所定の第１内径φ１を有する。入口部１１は、中心軸線Ｌの方向に第１長さＬ１を有する。これらの第１内径φ１及び第１長さＬ１は、気液混合ノズル１０内を流れる液体の流量及び気体の供給量等によって決定されてもよい。
Gas and liquid flow into the
入口部１１は、流路の内径を縮小させる環状の縮小端面１１ａを含む。縮小端面１１ａは、入口部１１の下流端に位置する。縮小端面１１ａは、入口部１１の第１内径φ１を有する円筒部と、喉部１２の入口端と、を接続する壁面である。本実施形態の気液混合ノズル１０は、図１に示される断面を中心軸線Ｌ周りに３６０度回転させた立体と等しい形状を有する。なお、入口部１１と喉部１２とが別部材で互いに連結される場合、縮小端面１１ａは、喉部１２の上流側の端面であってもよい。
The
本実施形態では、縮小端面１１ａは、中心軸線Ｌに直交する平面に平行である。すなわち、図１に示されるように、中心軸線Ｌを含む断面において、縮小端面１１ａのなす角度αは１８０度である。これにより、気液混合ノズル１０をシンプルに構成することができる。なお、入口部１１の角度（縮小端面１１ａのなす角度）の溶解効率に対する影響が、例えば９０度と１８０度において明確な違いが無い若しくは少ない場合、入口部１１の角度を小さくしてもよい。この場合、エネルギーの損失が小さくなることが期待される。また、入口部１１の角度が小さく、かつ内径が同じ場合、傾斜部分の長さが長くなると損失が大きくなると考えられる。そこで、図２に示されるように、入口部１１と喉部１２の間の角部に形成された面取り部１６を備えてもよい。このような構成とすることで、エネルギー損失を抑えることが期待される。面取り部１６は、例えば、環状の角部の全周にわたって形成される。面取り部１６は、丸面であってもよく、角面であってもよい。面取り部１６が丸面である場合、面取り部１６の曲率半径Ｒは、例えば下記式（１）で表すことができる。ここで、φ１－φ２は、縮小端面１１ａの径方向の長さに相当する。
喉部１２は、入口部１１と出口部１３との間に配置されている。喉部１２は、気液混合ノズル１０内に形成された流路の内で、もっとも狭い（直径の小さい）流路である。喉部１２は、気液混合ノズル１０内に形成された流路の内で、中心軸線Ｌの方向にもっとも長い流路である。喉部１２は、入口部１１の縮小端面１１ａの下流側に接続されている。喉部１２は、例えば一定の第２内径φ２を有している。喉部１２の第２内径φ２は、入口部１１の第１内径φ１よりも小さい。
The
喉部１２は、中心軸線Ｌの方向に第２長さＬ２を有する。喉部１２の第２長さＬ２及び第２内径φ２は、液体に対する気体の溶解量（溶解度）を高める観点と、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制する観点と、のバランスを考慮して設定されている。第２長さＬ２は、喉部１２の内径を基準にして定められている。喉部１２の内径として、喉部１２が内径一定の円管状である場合には、喉部１２の第２内径φ２がそのまま用いられる。喉部１２の断面形状が円形以外（例えば楕円や、２つの円の一部分を重ね合わせたメガネ形状等）である場合には、喉部１２の内径は、その断面積と同じ面積を有する円の直径として算出され得る。喉部１２の断面形状が中心軸線Ｌの方向で変化する場合には、喉部１２の内径は、第２長さＬ２を有し喉部１２の全容積と同じ容積を有する円柱の直径として算出され得る。
The
出口部１３は、気液混合ノズル１０の出口側の端部に位置する。出口部１３は、喉部１２の下流側に接続されて流路の内径を拡大させる環状の拡大端面１３ａを含む。本実施形態では、拡大端面１３ａは、中心軸線Ｌに直交する平面に平行である。すなわち、中心軸線Ｌを含む断面において、拡大端面１３ａのなす角度βは１８０度である。出口部１３は、拡大端面１３ａの外周縁に接続され、所定の第３内径φ３を有する円筒部を含む。出口部１３の第３内径φ３は、喉部１２の第２内径φ２よりも大きい。拡大端面１３ａは、喉部１２の出口端と、出口部１３の第３内径φ３を有する円筒部と、を接続する壁面である。出口部１３の内面には、例えば雌ねじが形成されている。出口部１３には、配管が接続されてもよい。なお、出口部１３の外周面に、雄ねじが形成されてもよい。出口部１３には、雌ねじが形成されなくてもよい。なお、喉部１２と出口部１３とが別部材で互いに連結される場合、拡大端面１３ａは、喉部１２の下流側の端面であってもよい。
The
引き続き、喉部１２の構成について詳しく説明する。
Continuing on, the configuration of the
入口部１１の第１内径φ１に対する喉部１２の第２内径φ２の比（φ２／φ１）は、例えば、０．１２以上且つ０．４８以下である。第１内径φ１に対する第２内径φ２の比は、好ましくは、０．１２以上且つ０．３７以下である。第１内径φ１に対する第２内径φ２の比は、より好ましくは、０．２５以上且つ０．３５以下である。第１内径φ１に対する第２内径φ２の比が、０．１２未満であってもよく、０．４８以上であってもよい。入口部１１の第１内径φ１は、入口部１１が円筒部とその他の部分（例えば、縮小端面の一種としてのテーパ部等）とを含む場合には、その円筒部の内径である。
A ratio (φ2/φ1) of the second inner diameter φ2 of the
出口部１３の第３内径φ３に対する喉部１２の第２内径φ２の比（φ２／φ３）は、例えば、０．５０以上且つ０．８９以下である。第３内径φ３に対する第２内径φ２の比は、好ましくは、０．６９以上且つ０．８９以下である。第３内径φ３に対する第２内径φ２の比が、０．５０未満であってもよく、０．８９以上であってもよい。出口部１３の第３内径φ３は、出口部１３が円筒部とその他の部分（例えば、縮小端面の一種としてのテーパ部等）とを含む場合には、その円筒部の内径である。
A ratio (φ2/φ3) of the second inner diameter φ2 of the
喉部１２の第２長さＬ２について説明する。喉部１２の内径（本実施形態では第２内径φ２）に対する喉部１２の第２長さＬ２の比は、５以上である。第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、好ましくは、８以上である。第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、好ましくは、３０以下である。第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、より好ましくは、１５以下であり、さらにより好ましくは、１０以下である。第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、３０より大きくてもよく、５より小さくてもよい。
The second length L2 of the
喉部１２の粗さについて説明する。喉部１２の粗さとは、喉部１２を流通する液体が接する喉部１２の内壁面１２ａの粗さを意味する。喉部１２の粗さは、喉部１２の内壁面１２ａの加工の仕上げ状態又は被膜形成等の表面処理に応じた粗さとなっている。喉部１２の粗さは、例えば平均粗さで表されてもよい。平均粗さの一例として、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）で規定された算術平均粗さＲａを用いることができる。なお、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）では、算術平均粗さＲａは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬ０だけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、基準長さＬ０におけるｆ（ｘ）の絶対値に対し積分平均値を求めることによって得られる値をマイクロメートル［μｍ］で表したものと規定されている。ちなみに、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）は、国際規格（ＩＳＯ ４２８７）に実質的に対応する規格である。
The roughness of the
喉部１２の平均粗さは、２μｍ以上である。換言すれば、喉部１２の内壁面１２ａは、算術平均粗さＲａが２μｍ以上となるように加工又は表面処理されている。喉部１２の平均粗さは、好ましくは、１０μｍ以上である。換言すれば、喉部１２の内壁面１２ａは、算術平均粗さＲａが１０μｍ以上となるように加工又は表面処理されている。喉部１２の平均粗さは、２０μｍ以下であってもよい。換言すれば、喉部１２の内壁面１２ａは、算術平均粗さＲａが２０μｍ以下となるように加工又は表面処理されている。なお、喉部１２の平均粗さは、２０μｍより大きくてもよく、２μｍより小さくてもよい。喉部１２の平均粗さは、１００μｍ未満であってもよい。具体例として、算術平均粗さＲａが２μｍ以上且つ２０μｍ以下となるような表面処理としては、リーマ仕上げ、化学研磨等が挙げられる。算術平均粗さＲａが１０μｍ以上となるような加工としては、旋削等が挙げられる。なお、旋削の一例として、喉部１２を例えばドリル等で形成してそのまま内壁面１２ａの仕上げ等を行わない場合、算術平均粗さＲａは１０μｍ以上且つ１００μｍ未満となる。
The average roughness of the
算術平均粗さＲａが大きくなると、算術平均粗さＲａに比例関係にある絶対粗さεが大きくなる。絶対粗さεが大きくなると、同一の第２内径φ２に対しては、管摩擦係数λが大きくなる。ここでの管摩擦係数λは、下記式（２）のようなコールブルックの式として表される。管摩擦係数λは、下記式（２）をムーディ線図にグラフ化した場合に、縦軸に表される。
気液混合ノズル１０の管摩擦係数λの一例として、具体的には、下記表１に示されるような諸元に基づく計算を例示することができる。なお、第２長さＬ２は、計算の便宜上、実際の第２長さＬ２とは異なり、仮に１０００ｍｍとされている。レイノルズ数は５３２００であると仮定する。
実施例１では、喉部１２の内壁面１２ａには、喉部１２の材料となる部材の加工の仕上げ状態よりも粗さが小さくなるような被膜形成等の表面処理が施されていない。実施例１の喉部１２の内壁面１２ａは、喉部１２の材料となる部材の加工の仕上げ状態に応じた粗さとなっている。実施例１では、喉部１２の内壁面１２ａの算術平均粗さＲａが２０μｍであり、絶対粗さεが６３である。この場合の管摩擦係数λは０．０５と算出することができる。
In Example 1, the
実施例２では、喉部１２の内壁面１２ａには、喉部１２の材料となる部材の加工の仕上げ状態よりも粗さが小さくなるような被膜形成等の表面処理が施されている。実施例２の喉部１２の内壁面１２ａは、被膜形成等の表面処理に応じた粗さとなっている。実施例２では、喉部１２の内壁面１２ａの算術平均粗さＲａが２μｍであり、絶対粗さεが６である。この場合の管摩擦係数λは０．０３と算出することができる。
In Example 2, the
実施例３では、喉部１２の内壁面１２ａには、喉部１２の材料となる部材の加工の仕上げ状態よりも粗さが小さくなるような被膜形成等の表面処理が施されていない。実施例３の喉部１２の内壁面１２ａは、被膜形成等の表面処理に応じた実施例２よりも粗い粗さとなっている。実施例３では、喉部１２の内壁面１２ａの算術平均粗さＲａが１０μｍであり、絶対粗さεが３１である。この場合の管摩擦係数λは０．０３６と算出することができる。
In Example 3, the
管摩擦係数λと液体の速度Ｕとの関係は、下記式（３）で表される。速度Ｕは、気液混合ノズル１０のうち流路が細くなる部分である喉部１２において、流路中心ではなく、内壁面１２ａ付近の液体の流速である。下記式（３）において、ρは液体の密度であり、ｄｐ／ｄｘは喉部１２の圧力損失である。ｈは、壁面間距離の２分の１であり、ここでは第２内径φ２の２分の１に対応する。単純化のため圧損が一定とすると、速度Ｕは管摩擦係数λの（－１／２）乗に比例する関係となることから、速度Ｕは管摩擦係数λが大きいほど小さくなることがわかる。
例えば液体が水である場合、粘度が比較的小さいことから、管摩擦係数λの影響は、流路中心の液体の流速に対しては小さく、内壁面１２ａ付近の液体の流速に対して及ぶものと考えることができる。そうすると、管摩擦係数λが大きい場合（喉部１２の内壁面１２ａの粗さが大きい場合）の速度Ｕは、管摩擦係数λが小さい場合（喉部１２の内壁面１２ａの粗さが小さい場合）の速度Ｕと比べて小さくなる。内壁面１２ａ付近の液体と流路中心の液体との間の剪断の大きさは、速度差が大きいほど大きくなる。つまり、管摩擦係数λが大きい場合（喉部１２の内壁面１２ａの粗さが大きい場合）の方が、管摩擦係数λが小さい場合（喉部１２の内壁面１２ａの粗さが小さい場合）と比べて、内壁面１２ａ付近の液体と流路中心の液体との間の剪断が大きくなり、気液混合が促進されることとなる。
For example, when the liquid is water, since the viscosity is relatively small, the effect of the pipe friction coefficient λ is small on the flow velocity of the liquid at the center of the flow channel, but extends to the flow velocity of the liquid near the
このように、気体が液体に混合されて生じる微細気泡は、気液混合ノズル１０のうち流路が細くなる部分である喉部１２で生成される。喉部１２の内壁面１２ａの粗さが粗くなるほど、微細気泡は発生しやすくなる。その結果、気体の液体への溶解が促進され、例えば反応器での気体成分と液体成分との反応が促進される。
In this way, the microbubbles generated by mixing the gas with the liquid are generated in the
ところで、ポンプ動力の抑制のためには、液体に対する気体の溶解量（溶解度）を高める観点だけでなく、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制する観点を考慮することが望ましい。算術平均粗さＲａ及び管摩擦係数λは、例えば、いわゆる乱流の遷移領域、又は、粗い管に対応する領域となるように設定してもよい。 By the way, in order to suppress the pump power, it is desirable to consider not only the viewpoint of increasing the amount of gas dissolved in the liquid (solubility), but also the viewpoint of suppressing the flow resistance when the gas and liquid flow through the throat. . The arithmetic mean roughness Ra and the pipe friction coefficient λ may be set, for example, to be in the so-called turbulent transition region or region corresponding to a rough pipe.
より詳しくは、粗い管に対応する領域とは、レイノルズ数が２１００以上のいわゆる乱流の領域において、レイノルズ数の影響を受けないが喉部１２の内壁面１２ａの粗さの影響を受けるような、上記式（２）とは異なる式で管摩擦係数λが記述される領域である。乱流の遷移領域とは、レイノルズ数が２１００以上のいわゆる乱流の領域において、上記式（２）で管摩擦係数λが記述される領域である。乱流の遷移領域は、滑らかな管に対応する領域と、粗い管に対応する領域と、の間に存在する。滑らかな管に対応する領域とは、レイノルズ数が２１００以上のいわゆる乱流の領域において、レイノルズ数に影響を受けるが喉部１２の内壁面１２ａの粗さの影響を受けないような、上記式（２）とは異なる式で管摩擦係数λが記述される領域である。つまり、乱流の遷移領域又は粗い管に対応する領域では、喉部１２の内壁面１２ａの粗さの影響を受けるため、喉部１２の内壁面１２ａの粗さを変更することで管摩擦係数λを変更することができる。気液混合ノズル１０では、このようなムーディ線図上の領域を用いるため、気体を液体に溶解させ易くし、尚且つ気体及び液体が喉部１２を流通する際の流通抵抗を抑制する観点で、喉部１２の内壁面１２ａの粗さ及び第１内径φ１に対する第２内径φ２の比の適した組合せが設定される。
More specifically, the region corresponding to the rough pipe is a so-called turbulent flow region with a Reynolds number of 2100 or more, which is not affected by the Reynolds number but is affected by the roughness of the
図３は、一実施形態に係る液体処理装置を示す概略構成図である。液体処理装置１００は、気液混合ノズル１０の具体的な適用例である。液体処理装置１００は、有機物を含む排水である処理対象水（処理対象の液体）とオゾンガス（処理用ガス）とを混合して処理対象水中の有機物を分解処理する装置である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a liquid treatment apparatus according to one embodiment. A
液体処理装置１００は、処理対象水を収容する水槽（貯留槽）１０１と、オゾンガス（処理用ガス）を供給するオゾン源（ガス供給部）１０２と、気液混合ノズル１０が組み込まれた微細気泡生成器１０３と、オゾン反応槽（反応器）１０４と、生物反応槽１０５と、ポンプ１０６と、を備えている。ポンプ１０６は、水槽１０１から微細気泡生成器１０３へ処理対象水を流通させる流路１０７上に設けられている。ポンプ１０６は、処理対象水を気液混合ノズル１０側へ送出する。オゾン源１０２は、流路１０７の気液混合ノズル１０よりも水槽１０１側に接続されている。オゾン源１０２は、処理対象水にオゾンガスを供給する。液体処理装置１００では、微細気泡生成器１０３とオゾン反応槽１０４とが流路１０８で接続され、オゾン反応槽１０４と生物反応槽１０５とが流路１０９で接続されている。
The
液体処理装置１００では、オゾンガス及び処理対象水が、微細気泡生成器１０３の内部の気液混合ノズル１０の喉部１２に流入する。喉部１２の内壁面１２ａの粗さに応じて、オゾンガスの処理対象水への溶解が促進される。溶解したオゾンガスを含む処理対象水は出口部１３を通り、オゾン反応槽１０４に供給される。オゾン反応槽１０４では、処理対象水に溶解したオゾンガスによって、有機物を含む処理対象水から有機物が分解されて浄化処理される。
In the
液体処理装置１００における気液混合ノズル１０の作用について、図４を参照しつつ説明する。図４は、実施例及び比較例におけるオゾンガス投与量と有機物分解割合との関係を示す図である。図４の横軸はＯ３／ＣＯＤであり、縦軸はオゾン反応槽１０４における有機物分解割合である。ＣＯＤ［Chemical Oxygen Demand］は、化学的酸素要求量である。Ｏ３／ＣＯＤは、所定ＣＯＤ当たりのオゾンガスの投与量を意味する。有機物分解割合は、ＣＯＤ除去率に相当し、オゾン反応槽１０４よりも上流側のＣＯＤに対するオゾン反応槽１０４よりも下流側のＣＯＤの割合である。オゾン反応槽１０４よりも上流側のＣＯＤとしては、例えば水槽１０１でのＣＯＤを用いてもよい。オゾン反応槽１０４よりも下流側のＣＯＤとしては、例えば、流路１０９に設けられた計測器１１０で計測したＣＯＤを用いてもよい（図３参照）。計測器１１０は、流路１０９を流通する処理対象水のＣＯＤを計測可能に構成されている。
The action of the gas-
図４の四角のプロットは、実施例１に係る気液混合ノズル１０を用いた場合の有機物分解割合を示している。実施例１に係る気液混合ノズル１０では、上記表１に示されるような諸元において、第２長さＬ２が、実装用の長さの一例として、３３．８４ｍｍとされている。この場合、第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、８．４６である。
The plotted squares in FIG. 4 indicate the organic substance decomposition rate when the gas-
図４の丸のプロットは、比較例に係る気液混合ノズルを用いた場合の有機物分解割合を示している。比較例に係る気液混合ノズルは、入口部と、出口部と、入口部及び出口部の間に配置された喉部とを備えており、上記表１に示されるような諸元とは異なる諸元とされている。比較例に係る気液混合ノズルの喉部には、微細気泡を生成するための翼板又は突起が設けられている。 The circular plots in FIG. 4 indicate the organic substance decomposition rate when the gas-liquid mixing nozzle according to the comparative example is used. The gas-liquid mixing nozzle according to the comparative example includes an inlet portion, an outlet portion, and a throat portion disposed between the inlet portion and the outlet portion, and has specifications different from those shown in Table 1 above. It is said to be the specifications. The throat portion of the gas-liquid mixing nozzle according to the comparative example is provided with blades or projections for generating microbubbles.
図４に示されるように、四角のプロットは丸のプロットと同様の分布をしており、同等のオゾンガス投与量に対して同等の有機物分解割合が得られることがわかる。このことから、実施例１に係る気液混合ノズル１０によれば、比較例に係る気液混合ノズルと比べて、気体を液体に溶解させる作用が同等であることがわかる。
As shown in FIG. 4, the square plots have the same distribution as the circle plots, and it can be seen that the same organic substance decomposition rate can be obtained for the same ozone gas dosage. From this, it can be seen that the gas-
一方、比較例に係る気液混合ノズルの喉部には、微細気泡を生成するための翼板又は突起が設けられている。比較例に係る気液混合ノズルでは、翼板又は突起が設けられていない構成と比べて、気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗が大きい。このように、従来、気体を液体に溶解させ易くすることに着目されても、これに加えて気体及び液体が喉部を流通する際の流通抵抗を抑制することには必ずしも着目されてはいなかった。 On the other hand, the throat portion of the gas-liquid mixing nozzle according to the comparative example is provided with vanes or projections for generating microbubbles. In the gas-liquid mixing nozzle according to the comparative example, the flow resistance when the gas and the liquid flow through the throat is large compared to the configuration in which the vanes or projections are not provided. As described above, conventionally, although attention has been focused on facilitating the dissolution of gas into liquid, attention has not necessarily been focused on suppressing flow resistance when gas and liquid flow through the throat. rice field.
これらの両立を図るために、実施例１に係る気液混合ノズル１０は、喉部１２に翼板又は突起を設ける構成ではなく、喉部１２の内壁面１２ａの粗さを利用して、オゾンガスの処理対象水への溶解を促進させている。また、実施例１に係る気液混合ノズル１０は、第１内径φ１に対する第２内径φ２の比（特に第２長さＬ２）を利用して、オゾンガス及び処理対象水が喉部１２を流通する際の流通抵抗を抑制させている。その結果、図４の例の場合には、図示は省略しているが、液体処理装置１００のポンプ１０６の消費電力（ポンプ動力）は、比較例に係る気液混合ノズルを備える液体処理装置のポンプの消費電力と比べて、約１０％小さい値を得ることができている。
In order to achieve both of these, the gas-
以上説明したように、気液混合ノズル１０によれば、気体及び液体が、入口部１１に流入し、次いで管状の喉部１２に流入する。入口部１１から喉部１２にかけて、環状の縮小端面１１ａによって流路の内径が縮小させられる。喉部１２は、入口部１１の第１内径φ１よりも小さい第２内径φ２を有する。喉部１２の算術平均粗さＲａが２μｍ以上且つ２０μｍ以下である構成が、気体を液体に溶解させ易くなることに寄与する。第２内径φ２の８倍以上且つ３０倍以下の長さを喉部１２が有する構成が、気体及び液体が喉部１２を流通する際の流通抵抗を抑制することに寄与する。このような構成によれば、例えば喉部に翼板又は突起を設ける構成と比べて、気体及び液体が喉部１２を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ気体を液体に溶解させ易くすることができる。その結果、同一のポンプ動力で気体の溶解量をより増やすことができる。
As described above, according to the gas-
気液混合ノズル１０によれば、喉部１２の算術平均粗さＲａは、１０μｍ以上且つ２０μｍ以下である。この構成によれば、気体及び液体が喉部１２を流通する際に、気体が液体に更に溶解し易くなる。
According to the gas-
気液混合ノズル１０によれば、第２内径φ２に対する第２長さＬ２の比は、８以上且つ１５より小さい。この構成によれば、気体及び液体を流通させるためのポンプ動力を抑制し易くなる。
According to the gas-
気液混合ノズル１０によれば、中心軸線Ｌを含む断面において、縮小端面１１ａのなす角度は１８０度である。この構成によれば、気液混合ノズル１０をシンプルに構成することができる。縮小端面１１ａのなす角度が１８０度以外の角度である場合と比べて、縮小端面１１ａを形成する際の加工が容易となる。
According to the gas-
液体処理装置１００によれば、気液混合ノズル１０を備えるため、例えば喉部１２に翼板又は突起を設ける構成と比べて、オゾンガス及び処理対象水が喉部１２を流通する際の流通抵抗を抑制しつつ、オゾンガスを処理対象水に溶解させ易くすることができる。溶解したオゾンガスを含む処理対象水は出口部１３を通り、出口部１３に接続されたオゾン反応槽１０４に供給される。処理対象水とオゾンガスとの混合が促進されているため、処理対象水中の有機物の分解処理が促進される。よって、同一のポンプ動力で有機物の分解量をより増やすことができる。また、液体処理装置１００によれば、効率的な排水の処理が可能となる。
According to the
続いて、他の実施形態に係る液体処理装置１００Ａについて説明する。図５は、他の実施形態に係る液体処理装置を示す概略構成図である。液体処理装置１００Ａは、１つの気液混合ノズル１０を備える図３の液体処理装置１００と比べて、複数の気液混合ノズル１０を備えている点で異なっている。
Next, a
液体処理装置１００Ａは、微細気泡生成器１０３に代えて、微細気泡生成器１０３Ａを備えている。微細気泡生成器１０３Ａは、複数の気液混合ノズル１０が組み込まれている点で、微細気泡生成器１０３とは異なっている。一例として、図５の微細気泡生成器１０３Ａには、３つの気液混合ノズル１０が組み込まれている。
100 A of liquid processing apparatuses are replaced with the
微細気泡生成器１０３Ａにおいて、複数の気液混合ノズル１０は、連続して設けられている。ここでの「連続して設けられている」とは、流れ方向上流側の気液混合ノズル１０を通過したオゾンガス及び処理対象水が、当該気液混合ノズル１０よりも流れ方向下流側に位置する気液混合ノズル１０にそのまま流入する（ポンプ及びオゾン反応槽といった他の構成には流入しない）ように、複数の気液混合ノズル１０が設けられていることを意味する。流れ方向とは、オゾンガス及び処理対象水が流れる方向である。以下の説明では、流れ方向上流側を単に「上流側」と表し、流れ方向下流側を単に「下流側」と表す。
In the
図５の例では、複数の気液混合ノズル１０は、互いに直接連結されている。例えば、複数の気液混合ノズル１０は、上流側の気液混合ノズル１０の出口部１３の下流端面１３ｂと、下流側の気液混合ノズル１０の入口部１１の上流端面１１ｂとが、互いに突き合わせられた状態で、溶接により互いに接合されている。なお、複数の気液混合ノズル１０は、直接連結されていなくてもよいし、他の手法で連結されていてもよい。複数の気液混合ノズル１０は、例えば配管等を介して間接的に互いに連結されていてもよい。
In the example of FIG. 5, the multiple gas-
液体処理装置１００Ａでの気泡の微細化促進のメカニズムについて説明する。本技術分野では、例えば１つのベンチュリ管等の喉部を気泡が通過するときの気泡の挙動を観察することで気泡が微細化されるメカニズムについては検討されている。しかしながら、２つ以上の喉部を連結することが気泡の微細化に有効であるのか否かについては、従来検討されていない。本開示の発明者らは、この点について鋭意検討した結果、液体処理装置１００Ａのように複数の気液混合ノズル１０を連続して設けることで、複数の気液混合ノズル１０のそれぞれを気泡が通過する回数に応じて気泡の微細化が促進されることを見出した。このような気泡の微細化促進について、図６～図８を参照して説明する。図６（ａ）～図６（ｄ）は、複数の気液混合ノズル１０のうち１つの気液混合ノズル１０を気泡が通過するときの気泡の状態の変化を概念的に示している。
A mechanism for promoting miniaturization of bubbles in the
図６（ａ）は、喉部に進入する直前の気泡を例示する図である。図６（ａ）には、オゾンガスの気泡３０が、入口部１１の縮小端面１１ａよりも上流側の領域３１に位置している状態が示されている。図６（ａ）に示されるように、オゾンガスの気泡３０は、例えば球状等を呈している。この気泡３０の形状は、気泡３０の界面（オゾンガスと周囲の処理対象水との界面）が比較的安定しており乱れの小さい状態であることを意味している。気泡３０は、下流側に向かって流れて、喉部１２へと進入する。
FIG. 6(a) is a diagram illustrating an air bubble just before entering the throat. FIG. 6A shows a state in which ozone gas bubbles 30 are positioned in a
図６（ｂ）は、喉部に進入した気泡を例示する図である。図６（ｂ）には、オゾンガスの気泡３０が、喉部１２へと進入し、入口部１１の縮小端面１１ａよりも下流側の領域３２に位置している状態が示されている。図６（ｂ）に示されるように、気泡３０が喉部１２へと進入すると、流路の内径が第１内径φ１から第２内径φ２へと縮小されることで、喉部１２において処理対象水に加わる剪断力が気泡３０の界面に作用し易くなると共に、ジェットの発生により気泡３０の界面が不安定な状態となる。
FIG. 6(b) is a diagram illustrating air bubbles that have entered the throat. FIG. 6B shows a state in which ozone gas bubbles 30 enter the
ここでのジェットは、流路の内径の急激な縮小に伴って、喉部１２の入口において領域３１から領域３２に向かうように処理対象水に生じる圧力波に対応する。図６（ｂ）の例では、一例として、ジェット３３が示されている。ジェット３３が生じると、例えば、仮想的な液柱として上流側から気泡３０に衝突し、気泡３０の内部に向かって液部３０ａが入り込む。
The jet here corresponds to a pressure wave generated in the water to be treated from
図６（ｃ）は、喉部から出る直前の気泡を例示する図である。図６（ｃ）には、オゾンガスの気泡３０が、喉部１２の出口の手前に位置している状態が示されている。図６（ｃ）に示されるように、気泡３０が喉部１２を進むにつれて、例えば図６（ｂ）の液部３０ａが下流側に突き進むことで気泡３０を貫通したり、気泡３０の界面に突起３０ｃ，３０ｄが生じたりして、気泡３０の界面の不安定化が進行する。
FIG. 6(c) is a diagram exemplifying air bubbles just before coming out of the throat. FIG. 6( c ) shows a state in which the ozone gas bubbles 30 are positioned in front of the exit of the
図６（ｄ）は、喉部から出た気泡を例示する図である。図６（ｄ）には、オゾンガスの気泡３０が、出口部１３へと進み、出口部１３の拡大端面１３ａよりも下流側の領域３４に位置している状態が示されている。図６（ｄ）に示されるように、気泡３０が出口部１３へと進むと、流路の内径が第２内径φ２から第３内径φ３へと拡大される。急激に処理対象水の圧力が高まることで、出口部１３の拡大端面１３ａを通過した気泡３０には、周囲から押しつぶすような力が等方的に加わる。その結果、界面の不安定化が進行していた気泡３０は、例えば突起３０ｃ，３０ｄ等が分離する等により、多数のより小さな気泡となる。すなわち、気泡３０が微細化することとなる。
FIG.6(d) is a figure which illustrates the air bubble which came out of the throat. FIG. 6(d) shows a state in which the ozone gas bubbles 30 advance to the
図７は、気液混合ノズルの連結数と気泡の濁度との関係を示す図である。図７の横軸は、気液混合ノズル１０の連結数である。図７の縦軸は、連結数の回数だけ気液混合ノズル１０を通過した気泡の濁度である。なお、「濁度」とは「土砂等の懸濁物による水の濁りの度合いを表すもの」との意味が一般的であるが、ここでの「気泡の濁度」は、「気泡によって液体が濁るように気泡が液体に混在することで光を散乱させる度合いを表すもの」との意味である。「気泡の濁度」は、例えば、濁度計を用いて計測することができる。例えば、浸漬型センサを有する濁度計であれば、濁度計のセンサを対象の液体に浸すことで、液体中に照射するレーザ等の光の散乱光測定に基づいて気泡の濁度を計測することが可能である。図５には、例えば複数の気液混合ノズル１０の下流の流路１０８の位置に設けられた濁度計１１１が例示されている。濁度計１１１のセンサが処理対象水に浸されており、気泡の濁度を計測することができる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of connected gas-liquid mixing nozzles and the turbidity of air bubbles. The horizontal axis of FIG. 7 is the number of connected gas-
図７に示されるように、気液混合ノズル１０の連結数が多くなるほど、気泡の濁度が大きくなる傾向となる。ここで、固液系である「土砂等の懸濁物による水の濁りの度合い」を意味する一般的な濁度では、懸濁物の粒子径が小さくなるほど濁度が大きくなる傾向となることが知られている。濁度が液体中での光の散乱光測定に基づいて計測可能であることを考慮すると、上記の傾向は、懸濁物の粒子径を気泡径に置き換えることで気液系である「気泡の濁度」に対しても適用可能と考えることができる。つまり、気泡径が小さくなるほど気泡の濁度が大きくなる傾向となると考えられる。そうすると、図７では気液混合ノズル１０の連結数が多くなるほど気泡の濁度が大きくなる傾向となっていることから、気液混合ノズル１０を気泡が通過するごとに、気泡には、図６（ａ）～図６（ｄ）で説明したような微細化のメカニズムが繰り返し生じて、気泡径が繰り返し小さくなるという作用が得られていることがわかる。
As shown in FIG. 7, as the number of connected gas-
図８は、気液混合ノズルの連結数と気液混合性能ＫＬａとの関係を示す図である。気液混合性能ＫＬａは、総括酸素移動容量係数のことであり、オゾンガスが処理対象水にどれだけ溶け込むかに相当する。気液混合性能ＫＬａの算出は、例えば、流路１０９内の処理対象水の溶存酸素（ＤＯ）をＤＯ計で測定し、測定開始時のＤＯを１．５ｍｇ／Ｌとし、ＤＯ値２～６ｍｇ／Ｌを切り出して（抽出して）、下記式（４）によって算出した。ここで、Ｃ１は、ｔ１時間後のＤＯ濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、Ｃ２は、ｔ２時間後のＤＯ濃度（ｍｇ／Ｌ）である。
図８に示されるように、図７の連結数が０，１，２の場合について気液混合性能ＫＬａを測定した結果、気液混合ノズル１０の連結数が多くなるほど、気液混合性能ＫＬａが大きくなる傾向となることがわかる。この傾向を利用して、液体処理装置１００Ａの所望の液体処理性能として、気液混合性能ＫＬａの目標値を設定することが考えられる。例えば、気液混合性能ＫＬａの目標値を得られるような連結数の気液混合ノズル１０を用いて微細気泡生成器１０３Ａを構成すれば、所望の液体処理性能を得ることができる。
As shown in FIG. 8, as a result of measuring the gas-liquid mixing performance KLa for the cases where the number of connections in FIG. It can be seen that there is a tendency to increase. Using this tendency, it is conceivable to set the target value of the gas-liquid mixing performance KLa as the desired liquid processing performance of the
以上説明したように、液体処理装置１００Ａは、複数の気液混合ノズル１０を備えている。液体処理装置１００Ａでは、複数の気液混合ノズル１０は、連続して設けられている。これにより、複数の気液混合ノズル１０のうち１つの気液混合ノズル１０を通過する際に気泡３０が微細化される現象が、気泡３０が気液混合ノズル１０を通過するごとに繰り返し生じるため、気液混合ノズル１０の数に応じて気泡３０の微細化が促進されることとなる。よって、１つの気液混合ノズル１０を用いる場合と比べてより一層、処理対象水中の有機物の分解処理が促進される。
As described above, the
液体処理装置１００Ａでは、複数の気液混合ノズル１０は、互いに直接連結されている。これにより、複数の気液混合ノズル１０を例えば溶接等により連結することができる。
In the
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態及び実施例に限られない。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments and examples.
気液混合ノズル１０は、インライン式のノズルに限定されない。気液混合ノズル１０は、配管接続用のフランジ付きのノズルとして構成されてもよい。この場合、例えば、入口接続部１４の雌ねじ又は雄ねじに代えて、気液混合ノズル１０の入口側の端部に、配管と接続するためのフランジが設けられていてもよい。出口部１３の下流側の端部に、配管と接続するためのフランジが設けられていてもよい。
The gas-
液体処理装置は、図３の液体処理装置１００，１００Ａの構成に限定されない。液体処理装置１００，１００Ａで処理される液体は、有機物を含む排水以外の液体であってもよい。液体処理装置１００，１００Ａで用いられる処理用ガスは、オゾンガス以外の気液混合ノズル１０によって液体に溶解させられる気体であってもよい。
The liquid treatment apparatus is not limited to the configuration of the
気液混合ノズル１０では、入口接続部１４、入口部１１、喉部１２及び出口部１３は、直線状の中心軸線Ｌに関して同軸上に位置していたが、これに限定されない。入口部１１は、屈曲していてもよい。この場合、入口部１１のうちの喉部１２側が、喉部１２の軸線に沿って第１長さＬ１で延びる第１内径φ１の円筒部分であってもよい。出口部１３は、屈曲していてもよい。この場合、出口部１３のうちの喉部１２側が、喉部１２の軸線に沿って第３長さＬ３で延びる第３内径φ３の円筒部分であってもよい。入口部１１、喉部１２及び出口部１３の少なくとも一つが、中心軸線Ｌからずれた軸線上に位置していてもよい。
In the gas-
気液混合ノズル１０は、液体処理装置１００，１００Ａ以外の装置に適用されてもよい。
The gas-
液体処理装置１００Ａは、複数の気液混合ノズル１０を備えることで、入口部１１から喉部１２への流路の内径の急激な縮小、及び、喉部１２から出口部１３への流路の内径の急激な拡大、が繰り返されるように構成されていたが、これに限定されない。例えば、複数の気液混合ノズル１０に代えて、入口部１１から喉部１２への流路の内径の急激な縮小、及び、喉部１２から出口部１３への流路の内径の急激な拡大、が繰り返されるように構成した１つの気液混合ノズルを用いてもよい。この場合、例えば、１つの気液混合ノズルの中に、別体で準備された複数の喉部１２が挿入された状態で固定されてもよい。
The
なお、以下、本開示の一態様の構成要件を記載する。
＜発明１＞
入口部と、出口部と、前記入口部及び前記出口部の間に配置された喉部と、が中心軸線に沿ってそれぞれ形成され、前記入口部、前記喉部、及び前記出口部が接続されて気体及び液体の流路をなす気液混合ノズルであって、
前記気体及び前記液体が流入する前記入口部であって、所定の第１内径を有すると共に、前記第１内径よりも前記流路の内径を縮小させる環状の縮小端面を含む前記入口部と、
前記縮小端面の下流側に接続されて、前記第１内径よりも小さい第２内径を有すると共に前記中心軸線の方向に長さを有する管状の前記喉部と、
前記喉部の下流側に接続されて前記流路の内径を拡大させる環状の拡大端面を含むと共に、前記第２内径より大きい第３内径を有する前記出口部と、を備え、
前記第２内径に対する前記長さの比は、８以上且つ３０以下であり、
前記喉部の平均粗さは、２μｍ以上且つ２０μｍ以下である、気液混合ノズル。
＜発明２＞
前記喉部の平均粗さは、１０μｍ以上且つ２０μｍ以下である、発明１に記載の気液混合ノズル。
＜発明３＞
前記第２内径に対する前記長さの比は、８以上且つ１５より小さい、発明１又は２に記載の気液混合ノズル。
＜発明４＞
前記中心軸線を含む断面において、前記縮小端面のなす角度は１８０度である、発明１～３のいずれか一項に記載の気液混合ノズル。
＜発明５＞
処理対象の液体と処理用ガスとを混合して前記液体中の有機物を分解処理する液体処理装置であって、
前記液体を収容する貯留槽と、
発明１～４のいずれか一項に記載の気液混合ノズルと、
前記貯留槽から前記気液混合ノズルへ前記液体を流通させる流路と、
前記流路上に設けられ、前記液体を前記気液混合ノズル側へ送出するポンプと、
前記流路の前記気液混合ノズルよりも前記貯留槽側に接続され、前記液体に前記処理用ガスを供給するガス供給部と、を備える、液体処理装置。
＜発明６＞
前記液体は、有機物を含む排水であり、
前記処理用ガスは、オゾンである、発明５に記載の液体処理装置。
＜発明７＞
複数の前記気液混合ノズルを備え、
複数の前記気液混合ノズルは、連続して設けられている、発明５又は６に記載の液体処理装置。
＜発明８＞
複数の前記気液混合ノズルは、互いに直接連結されている、発明７に記載の液体処理装置。
Constituent requirements of one aspect of the present disclosure are described below.
<
An inlet section, an outlet section, and a throat section disposed between the inlet section and the outlet section are respectively formed along a central axis, and the inlet section, the throat section, and the outlet section are connected. A gas-liquid mixing nozzle forming a flow path for gas and liquid,
the inlet portion into which the gas and the liquid flow, the inlet portion having a predetermined first inner diameter and including an annular reduced end face that reduces the inner diameter of the flow path to be smaller than the first inner diameter;
a tubular throat portion connected to the downstream side of the reduced end face, having a second inner diameter smaller than the first inner diameter and having a length in the direction of the central axis;
said outlet portion including an annular enlarged end face connected to the downstream side of said throat portion for enlarging the inner diameter of said flow path and having a third inner diameter larger than said second inner diameter;
The ratio of the length to the second inner diameter is 8 or more and 30 or less,
The gas-liquid mixing nozzle, wherein the throat has an average roughness of 2 μm or more and 20 μm or less.
<
The gas-liquid mixing nozzle according to
<
The gas-liquid mixing nozzle according to
<
The gas-liquid mixing nozzle according to any one of
<
A liquid treatment apparatus for mixing a liquid to be treated and a treatment gas to decompose organic substances in the liquid,
a reservoir containing the liquid;
A gas-liquid mixing nozzle according to any one of
a channel for circulating the liquid from the storage tank to the gas-liquid mixing nozzle;
a pump provided on the flow path for sending the liquid to the gas-liquid mixing nozzle;
a gas supply unit connected to the storage tank side of the flow path with respect to the gas-liquid mixing nozzle and configured to supply the processing gas to the liquid.
<Invention 6>
The liquid is waste water containing organic matter,
The liquid processing apparatus according to
<Invention 7>
comprising a plurality of the gas-liquid mixing nozzles,
7. The liquid processing apparatus according to
<Invention 8>
The liquid processing apparatus according to invention 7, wherein the plurality of gas-liquid mixing nozzles are directly connected to each other.
１０ 気液混合ノズル
１１ 入口部
１１ａ 縮小端面
１１ｂ 上流端面
１２ 喉部
１３ 出口部
１３ａ 拡大端面
１３ｂ 下流端面
１４ 入口接続部
１６ 面取り部
２０ 本体
３０ 気泡
３３ ジェット
Ｌ 中心軸線
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ
Ｌ３ 第３長さ
α （縮小端面の）角度
β （拡大端面の）角度
φ１ 第１内径
φ２ 第２内径
φ３ 第３内径
１００，１００Ａ 液体処理装置
１０１ 水槽（貯留槽）
１０２ オゾン源（ガス供給部）
１０３ 微細気泡生成器
１０４ オゾン反応槽
１０５ 生物反応槽
１０６ ポンプ
１０７ 流路
１０８ 流路
１０９ 流路
１１０ 計測器
１１１ 濁度計
10 gas-
102 ozone source (gas supply)
103
Claims (8)
前記気体及び前記液体が流入する前記入口部であって、所定の第１内径を有すると共に、前記第１内径よりも前記流路の内径を縮小させる環状の縮小端面を含む前記入口部と、
前記縮小端面の下流側に接続されて、前記第１内径よりも小さい第２内径を有すると共に前記中心軸線の方向に長さを有する管状の前記喉部と、
前記喉部の下流側に接続されて前記流路の内径を拡大させる環状の拡大端面を含むと共に、前記第２内径より大きい第３内径を有する前記出口部と、を備え、
前記第２内径に対する前記長さの比は、８以上且つ３０以下であり、
前記喉部の平均粗さは、２μｍ以上且つ２０μｍ以下である、気液混合ノズル。 An inlet section, an outlet section, and a throat section disposed between the inlet section and the outlet section are respectively formed along a central axis, and the inlet section, the throat section, and the outlet section are connected. A gas-liquid mixing nozzle forming a flow path for gas and liquid,
the inlet portion into which the gas and the liquid flow, the inlet portion having a predetermined first inner diameter and including an annular reduced end face that reduces the inner diameter of the flow path to be smaller than the first inner diameter;
a tubular throat portion connected to the downstream side of the reduced end face, having a second inner diameter smaller than the first inner diameter and having a length in the direction of the central axis;
said outlet portion including an annular enlarged end face connected to the downstream side of said throat portion for enlarging the inner diameter of said flow path and having a third inner diameter larger than said second inner diameter;
The ratio of the length to the second inner diameter is 8 or more and 30 or less,
The gas-liquid mixing nozzle, wherein the throat has an average roughness of 2 μm or more and 20 μm or less.
前記液体を収容する貯留槽と、
請求項１に記載の気液混合ノズルと、
前記貯留槽から前記気液混合ノズルへ前記液体を流通させる流路と、
前記流路上に設けられ、前記液体を前記気液混合ノズル側へ送出するポンプと、
前記流路の前記気液混合ノズルよりも前記貯留槽側に接続され、前記液体に前記処理用ガスを供給するガス供給部と、を備える、液体処理装置。 A liquid treatment apparatus for mixing a liquid to be treated and a treatment gas to decompose organic substances in the liquid,
a reservoir containing the liquid;
The gas-liquid mixing nozzle according to claim 1;
a channel for circulating the liquid from the storage tank to the gas-liquid mixing nozzle;
a pump provided on the flow path for sending the liquid to the gas-liquid mixing nozzle;
a gas supply unit connected to the storage tank side of the gas-liquid mixing nozzle of the flow path and configured to supply the processing gas to the liquid.
前記処理用ガスは、オゾンである、請求項５に記載の液体処理装置。 The liquid is waste water containing organic matter,
6. The liquid processing apparatus according to claim 5, wherein said processing gas is ozone.
複数の前記気液混合ノズルは、連続して設けられている、請求項５又は６に記載の液体処理装置。 comprising a plurality of the gas-liquid mixing nozzles,
7. The liquid processing apparatus according to claim 5, wherein said plurality of gas-liquid mixing nozzles are provided continuously.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202222250444.3U CN218573314U (en) | 2021-08-30 | 2022-08-25 | Gas-liquid mixing nozzle and liquid treatment device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021139891 | 2021-08-30 | ||
| JP2021139891 | 2021-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023035850A true JP2023035850A (en) | 2023-03-13 |
Family
ID=85505295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022111140A Pending JP2023035850A (en) | 2021-08-30 | 2022-07-11 | Gas-liquid mixing nozzle and liquid processing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023035850A (en) |
-
2022
- 2022-07-11 JP JP2022111140A patent/JP2023035850A/en active Pending
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