JP6670910B1

JP6670910B1 - ダブルミキサーを備えた気体溶解システム

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Publication number: JP6670910B1
Application number: JP2018201710A
Authority: JP
Inventors: タルングリオウ、フエイ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: JP2020065988A

Abstract

【課題】ダブルミキサーを使用した、液体中でより高い気体濃度を生成する気体溶解システムの提供。【解決手段】第一のミキサー１０、第二のミキサー２０、脱気装置４０、圧力弁４、圧力センサー６、およびポンプ３２を含む気体溶解システムであって、液体は第二のミキサー２０を通って流れ、そこに気体をスロート入口２３にて同伴させることで、溶解気体および未溶解気体を含む液体を生成せしめ、脱気装置４０にて未溶解気体はガスベント４３により外部環境に放出され、溶解気体を有する液体は接続管路４５を経て、スロート入口１３にて第一のミキサー１０で原液と希釈され、管路１０２を通じて第二のミキサー２０を通るサイクルを繰り返すことにより高い気体濃度の液体が得られる気体溶解システム。【選択図】図１

Description

本発明は、液体の高い気体溶解速度を達成するためのダブルミキサーを用いた液体溶解システムに関する。

気体は水に溶けうるが、気体の溶解度は気体によって大きく異なる。大気圧および室温（摂氏２５度）では、アンモニア(NH₃)、二酸化炭素(CO₂)、オゾン(O₃)および酸素(O₂)等の気体は、水１リットル当たりそれぞれ７００Ｌ、１Ｌ、０．４Ｌおよび０．０３Ｌの溶解度を有する。工業的な用途では、通常ベンチュリ管が気体および液体ミキサーとして採用され、このミキサーを通って気体が引き出されて液体と混合される。この方法では、液体中に引き出された気体は液体にのみ溶解される。気体のかなりの部分は液体に溶解しないままである。ベンチュリ管を通って処理される液体の気体濃度は、飽和液体の気体濃度よりもかなり低く、いくつかの用途においては、必要条件を満たさない可能性がある。

したがって、高い気体濃度の液体を生成するためのシステムが必要とされている。

上述の気体の中で、オゾン(O₃)は、人間の病気を引き起こす多くの細菌、原生動物、およびウイルスを殺すため、排水および飲用水の消毒等の多くの工業用途においてますます重要になっている。

オゾンの主な利点の一つは、有毒で腐食性の化学プロセスの代わりに、安全で、効果的で、環境に優しい代替物を提供することである。

水の消毒に必要なオゾン濃度は、ウェハ洗浄に必要なオゾン濃度よりもはるかに低い。オゾンは既存の洗浄プロセスに代わる、より環境に優しい代替物を提供することができ、多くの場合、それらを上回る可能性があることが研究によって示されている。

オゾン分子は非常に不安定であり、短い半減期を有する。したがって、以下に示す反応に従って、しばらくして元の酸素(O₂)の形態に分解する。

半減期が短いため、オゾンは生成された後すぐに崩壊し始める。水中でのオゾンの半減期は約３０分であり、これは３０分ごとにオゾン濃度が初期濃度の半分に減少することを意味する。

オゾン濃度が高い液体は得難いため、オゾン濃度が高い液体を生成できるシステムもまた必要とされている。

本発明によるシステムは、液体の高い気体溶解速度を達成するために、二つの負圧吸引ミキサーを利用し、脱気装置および圧力弁を備える。二つのミキサーの一方は気体を引き出し液体と混合するために使用され、他方は原液と気体含有液体を混合するために使用される。圧力弁を制御することによって、システムは二つの投与液アウトプットを提供しうる。一方は高濃度投与液のアウトプットであり、他方は所望の濃度に希釈することのできる投与液のアウトプットである。

気体分解器を脱気装置に加えることにより、本発明によるシステムは、有害で外部環境に放出できない気体を処理することができる。気体含有液体は、気体分解器を備えた脱気装置に導かれる。気体分解器は、分解媒体を含む。液体中の未溶解気体は分解媒体と反応して無害な気体となり、安全に外部環境に放出されることができる。

本発明によるダブルミキサーを備えた気体溶解システムのレイアウト。

以下、本発明の例示的な実施形態を、付属の図面を参照して詳細に説明する。本発明は、ダブルミキサーを使用した気体溶解システムに関する。その構成図を、図１に示す。システムは主に、二つのミキサー１０、２０、脱気装置４０、圧力センサー６、圧力弁４、８、３５、５０、およびポンプ３２を備える。

図１に示すように、第一のミキサー１０は、液体入口１１、液体出口１２、およびスロート入口１３を備え、第一のミキサー１０の液体入口１１は、圧力弁４を介して原液源２に接続され、第一のミキサー１０の液体出口１２は、管路１０１を介して投与液アウトプット３４に接続される。管路１０１には、圧力弁４に電気的に結合された圧力センサー６（図１に破線で示す）が取り付けられている。

システム１は、液体入口２１、液体出口２２、およびスロート入口２３を有する第二のミキサー２０を備える。第二のミキサー２０の液体入口２１は、第一のミキサー１０の液体出口１２と圧力センサー６との間の位置で管路１０１に接続され、スロート入口２３は、背圧弁８を介して気体源３３に接続される。

システム１は、入口４１、出口４２、およびガスベント４３を有する脱気装置４を備える。脱気装置４の入口４１は、管路１０３を介して第二のミキサー２０の液体出口２２に接続され、出口４２は、ポンプ３２が取り付けられた接続管路４５を介して第一のミキサー１０のスロート入口１３に接続される。

システム１はさらに、ポンプ３２と第一のミキサー１０のスロート入口１３との間の位置で管路４５に接続された弁５０を備える。

ミキサー１０、２０は、ベンチュリ管にすることができる。ベンチュリ管は、中央に狭いスロートを有する。流体（一次流れ）がチューブを通過する際、流体はスロートを通って流れるにつれて速度が増し、圧力が低下する。ベンチュリ管内の圧力低下を使用して、本発明では気体である第二の流体を、本発明では液体である一次流れに引き込むことができる。液体中に引き込まれた気体は、部分的にのみ液体に溶解する。液体中に引き込まれた気体のかなりの部分は液体に溶解しないままである。

脱気装置４０は、気液分離器を含む。液体が気液分離器を通って流れると、未溶解の気体は液体から分離され、環境中に放出される。脱気装置４０は、システムで処理される気体がオゾンの場合、気体分解器をさらに含む。

オゾンは環境に有害である。オゾンが環境中に存在すると、それは汚染物質そのものであり、森林や作物、および人間の健康に害を及ぼす可能性がある。気体分解器はオゾン分解媒体を含んでおり、オゾンが酸素に分解されることによって、オゾンの直接放出により引き起こされうる環境汚染を避けることができる。

図１に示すように、原液源２からの液体は、圧力弁４を介して気体溶解システム１に導入される。圧力弁４は、圧力センサー６から所定レベル未満の圧力を示す信号を受信した時に開弁するが、これは以下に詳細に説明する。

原液がシステム１に導入された後、原液は第一のミキサー１０を通過し、その後、管路１０１の端部付近の弁３５が閉鎖されているので、原液の一部は管路１０１ではなく管路１０２に沿って流れる。管路１０２に沿って流れる液体は、その後第二のミキサー２０を通って流れる。ベンチュリ効果によって生じる圧力低下または負圧（すなわち、大気圧よりも低い圧力）のために、気体源３３からの気体は、スロート入口２３を介して第二のミキサー２０に導入され、ミキサー２０を通って流れる液体と混合する。第二のミキサー２０から流出した液体は、溶解気体および未溶解気体を含み、その後、管路１０３を介して脱気装置４０に導入される。脱気装置４０は、液体から未溶解気体を分離しうる気液分離器を含む。未溶解気体は、外部環境に放出される。気体がオゾンの場合、未溶解オゾンは環境に有害であるため、外部環境に放出される前に処理される必要がある。オゾンが外部環境に放出される前に、オゾンは脱気装置４０のオゾン分解媒体と反応し、酸素に分解され、その後外部環境に放出される。

脱気装置４０のアウトプット４２は、ポンプ３２を取り付けられた接続管路４５を介して第一のミキサー１０のスロート入口１３に接続される。脱気装置４０から流出した液体は溶解気体を含み、ポンプ３２によってポンピングされ、第一のミキサー１０に引き込まれる。第一のミキサー１０に引き込まれた液体は、原液源２からの原液と混合され、投与液体アウトプット３４として所望の濃度に希釈される。

弁３５が閉じているとき、管路１０１、１０２、１０３、および４５は、閉ループを形成する。投与アウトプットがないので、圧力センサー６によって示される管路１０１内の圧力は一定のままである。ポンプ３２の作用のために、この閉ループ内の液体は流れ続け、気体源３３からの気体は第二のミキサー２０に連続的に引き込まれる。液体中の気体濃度は、各サイクル後、飽和濃度に近いレベルに達するまで高くなっていく。弁５０は、ポンプ３２と第一のミキサー１０のスロート入口１３との間の位置で接続管路４５に接続される。弁５０を開けると気体濃度が高い液体が得られ、弁５０は高濃度の投与液体アウトプットとして働く。

圧力センサー６は、圧力弁４に電気的に結合される。圧力弁４の開度は、圧力センサー６に感知される管路１０１内の液圧低下により制御される。圧力センサー６は、圧力低下の大きさに応じて圧力弁４に信号を送るように構成されている。弁５０が開くと、管路１０１内の圧力が低下する。圧力低下は圧力センサー６によって感知され、圧力センサー６は圧力弁４に信号を送り、開かせる。弁５０が閉じると、管路１０１内の圧力は正常レベルまで上がり、圧力弁４は、圧力センサー６によって信号が送られて閉じる。

当業者であれば、上記実施形態は例示することを意図したものであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。当業者であれば、本開示の原理および精神から逸脱することなく、本実施形態において種々の変更または修正を行うことができ、その範囲は特許請求の範囲およびそれらの均等物で定義されることを理解されたい。

Claims

ダブルミキサーを備えた気体溶解システムであって、
液体入口（１１）、液体出口（１２）、およびスロート入口（１３）を有する第一のミキサー（１０）であって、前記第一のミキサー（１０）の前記液体入口（１１）は、圧力弁（４）を介して原液源（２）に接続され、前記第一のミキサー（１０）の前記液体出口（１２）は、前記圧力弁（４）に電気的に結合された圧力センサー（６）が取り付けられた管路（１０１）を介して投与液体出口（３４）に接続される、第一のミキサー（１０）と、
液体入口（２１）、液体出口（２２）、およびスロート入口（２３）を有する第二のミキサー（２０）であって、前記第二のミキサー（２０）の前記液体入口（２１）は、前記第一のミキサー（１０）の前記液体出口（１２）と前記圧力センサー（６）との間の位置で前記管路（１０１）に接続され、前記スロート入口（２３）は、弁（８）を介して気体源（３３）に接続される、第二のミキサー（２０）と、
入口（４１）、出口（４２）、およびガスベント（４３）を有する脱気装置（４）であって、前記脱気装置（４）の前記入口（４１）は、管路（１０３）を介して前記第二のミキサー（２０）の前記液体出口（２２）に接続され、前記出口（４２）は、ポンプ（３２）が取り付けられた接続管路（４５）を介して前記第一のミキサー（１０）の前記スロート入口（１３）に接続される、脱気装置（４）と、
前記ポンプ（３２）と前記第一のミキサー（１０）の前記スロート入口（１３）との間の位置で接続管路（４５）に接続された弁（５０）と、を備える気体溶解システム。
圧力弁（４）の開度は、前記圧力センサー（６）に感知される前記管路（１０１）内の液圧低下により制御され、前記圧力センサー（６）は、圧力低下の大きさに応じて前記圧力弁（４）に信号を送る、請求項１に記載の気体溶解システム。
前記第一のミキサーおよび前記第二のミキサーのそれぞれはベンチュリ管である、請求項１に記載の気体溶解システム。
前記第一のミキサーおよび前記第二のミキサーのそれぞれはベンチュリ管である、請求項２に記載の気体溶解システム。
前記脱気装置（４０）は気液分離器および気体分解器を備え、前記気体源（３３）はオゾン源である、請求項４に記載の気体溶解システム。