JPH04322731A - 気体溶解方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気や酸素や二酸化炭素
その他の気体を液体中に溶解させるための気体溶解装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術の１つの例としては、
図７示されるように、水中モータ１に直結された羽根車
２の回転により水に遠心力を与え、この遠心力によって
羽根車２の外周部に生じた負圧を利用して吸引パイプ３
から大気中の空気を吸引し、気液混合流を吐出口４から
旋回状態にして吐出させ、処理槽Ｔ内の汚水中に空気を
溶解させる装置が知られている。なお符号５は水中モー
タ１の駆動用の電源コードである。

【０００３】また第２の例としては、特公昭５７−４１
２９０号に示す気体溶解装置が知られている。これは図
８に示されるように、処理槽Ｔ内の汚泥水をポンプＰ及
び送液パイプ６によって強制循環させ、空気吸引パイプ
７から吸引した空気を循環汚泥水とともに噴出口６ａか
ら噴出させて、処理槽Ｔ内の汚泥水中に空気を溶解する
構造となっている。また噴出口６ａの前方には噴射管８
ａ〜８ｃが重設され、ブロワＢから圧送された空気が送
気パイプ９を介し噴射管と噴射管との間に供給される構
造となっている。

【０００４】

【発明の解決しようとする課題】しかし前記した第１の
従来技術（図７参照）では、空気の溶解度はおおむね良
好であるが、水中モータ１を水密構造とする必要があり
、しかも羽根車２等の機械的撹拌手段を設けるため装置
がどうしても大型化し、かつコスト高となる。さらに大
型の装置を処理槽内に配置するため、処理槽も装置配置
スペースを考慮してそれだけ大型化する必要があるとい
う問題点があった。

【０００５】一方、第２の従来技術（図８参照）では、
前記第１の従来技術の問題点は解消されてはいるものの
、空気と液体との混合作用を高めるための噴射管が不可
欠で、さらに空気の溶解度も従来技術に比べてそれ程高
いというものではなかった。本発明は前記従来技術の問
題点に鑑みなされたもので、その第１の目的は気体を超
微粒子状の気泡状態として液体中に噴射して、液体中に
十分な量の気体を溶解させることのできる方法を提供す
ることであり、第２の目的は構成が簡潔で、コストも安
く、液体槽を大型とすることなく、かつ高い気体溶解度
の達成できる気体溶解装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、請求項１に係る気体溶解方法においては、液
面下において環状の液体噴射口から液体を旋回状態で前
方に噴射して先細り円錐形高速渦流を形成するとともに
、前記液体噴射口内側の気体噴出口から噴出させた気体
を前記高速渦流と接触させて、破砕し微細な気泡とする
ようにしたものである。

【０００７】また前記第２の目的を達成するために、請
求項２に係る気体溶解装置においては、液体の満たされ
た液体槽と、前記液体槽内に開口する吸込口と吐出口と
を有し、槽内の液体を循環させるための循環パイプと、
前記循環パイプの途中に設けられて、パイプ内の液体を
圧送するポンプと、前記循環パイプの吐出口に設けられ
たエジェクター式気液混合体噴射ノズルと、溶解しよう
とする気体を前記噴射ノズルに供給する気体供給パイプ
と、を備えた気体溶解装置において、前記噴射ノズルを
、前記気体供給パイプに連通する気体噴出口と、前記気
体噴出口を取り囲む位置に形成された円環状の渦流室と
、前記渦流室に渦巻状に延び、前記循環パイプから供給
された循環液を渦流室に高速で導入し、渦流室に高速旋
回流を形成する旋回導孔と、前記渦流室の気体噴出口を
取り囲む位置に形成され、気体噴出口前方に先細り円錐
形の高速渦流を噴射形成する円環状の液体噴射口と、か
ら構成するようにしたものである。

【０００８】また請求項３では、請求項２記載の気体溶
解装置において、ポンプを循環パイプの液体外部配管位
置に設置するようにしたものである。また請求項４では
、請求項２記載の気体溶解装置において、気体を強制供
給するためのブロワを前記空気供給パイプに設けるよう
にしたものである。請求項５に係る気体溶解装置におい
ては、液体の満たされた液体槽と、前記液体槽内に開口
する吸込口と吐出口とを有し、槽内の液体を循環させる
ための循環パイプと、前記循環パイプの途中に設けられ
て、パイプ内の液体を圧送するポンプと、前記循環パイ
プの吐出口に設けられたエジェクター式気液混合体噴射
ノズルと、溶解しようとする気体を前記噴射ノズルに供
給する気体供給パイプと、を備えた気体溶解装置におい
て、前記噴射ノズルを、前記気体供給パイプに連通する
とともに、循環パイプから供給された循環液の圧送によ
り負圧吸引された気体が循環液とともに噴射される気体
噴出口と、前記気体噴出口を取り囲む位置に形成された
円環状の渦流室と、前記循環パイプから供給された循環
液を渦流室に高速で導入し、渦流室に高速旋回流を形成
する旋回導孔と、前記渦流室の気体噴出口を取り囲む位
置に形成され、気体噴出口前方に先細り円錐形の高速渦
流を噴射形成する円環状の液体噴射口と、から構成する
ようにしたものである。

【０００９】また請求項６では、請求項５記載の気体溶
解装置において、ポンプを循環パイプの液体外部配管位
置に設置するようにしたものである。

【００１０】

【作用】請求項１では、環状の液体噴射口から噴射され
た液体は先細り円錐形の高速渦流を形成し、気体噴出口
から噴出した気体はこの高速渦流と接触して破砕され、
強制混合拡散されて超微粒子状の気泡となり、液体と気
体との接触表面積が増大する。

【００１１】請求項２では、渦流室に形成された循環液
の高速旋回流が環状の液体噴射口から気体噴出口の前方
に噴射され、先細り円錐形の高速渦流を形成する。また
この循環液の噴射に伴って気体噴出口に負圧が生じ、こ
の負圧によって気体噴出口から気体が吸引噴出される。 そして気体は気体噴出口から吸引噴出されるや否や、液
体噴射口から噴射されて気体周りに形成された高速渦流
によって破砕され、強制混合拡散されて超微粒子状の気
泡となり、液体と気体の接触表面積が増大する。

【００１２】請求項３では、ポンプは液体外に設置する
ため、水密構造を考慮する必要がなく、ポンプ構造が簡
単となる。また請求項４では、ブロワによって気体供給
パイプから気体噴出口に気体を強制供給するので、気体
噴出口から大量の気体を噴出できる。請求項５では、渦
流室に形成された循環液の高速旋回流が環状の液体噴射
口から気体噴射口の前方に噴射され、先細り円錐形の高
速渦流を形成する。環状の液体噴射口内側の気体噴出口
からは、循環液の圧送により吸引された気体が循環液と
一緒に噴出される。そして気体は気体噴射口から噴出さ
れるや否や、液体噴射口から噴射されて気体周りに形成
された高速渦流によって破砕され、強制混合拡散されて
超微粒子状の気泡となり、液体と気体の接触表面積が増
大する。

【００１３】請求項６では、請求項３と同様、ポンプに
ついての水密対策が不要で、ポンプ構造が簡単となる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１〜図４は本発明を廃水処理に適用した一実施例
を示すもので、図１は気体溶解装置の全体概要図、図２
は気体溶解装置の要部であるエジェクター式渦流型気液
混合体噴射ノズルの正面図、図３は同ノズルの縦断面図
（図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図）、図４は
旋回導孔の形成されている旋回導孔形成部材の斜視図で
ある。

【００１５】廃水処理における気体溶解装置は、図１に
示されるように、ＢＯＤ成分を含む汚水で満たされたバ
ッキ槽１０と、バッキ槽１０内の汚水を強制循環させる
強制循環ライン２０と、循環ライン２０の循環汚水吐出
口２２ｂに設置されたエジェクター式渦流型気液混合体
噴射ノズル（以下、単に噴射ノズルという）３０と、前
記噴射ノズル３０に空気を供給する空気吸引パイプ４０
とからなる非常に簡潔な構造である。

【００１６】強制循環ライン２０は、バッキ槽１０内に
吸込口２２ａ及び吐出口２２ｂを位置させ、バッキ槽外
に延びた循環パイプ２２と、この循環パイプ２２の途中
に設けられ、循環汚水を圧送するポンプ２４とから構成
されている。噴射ノズル３０は、図２及び図３に示され
るように、空気吸引パイプ４０と連通する横断面円形の
気体噴出口３２と、この気体噴出口３２を取り囲む円環
状の渦流室３４と、気体噴出口３２の外周囲から渦流室
３４に渦巻状に延びる旋回導孔３６と、渦流室３４の気
体噴出口３２に臨む側に形成された円環状の液体噴射口
３８とが、ノズルケーシング３１内に形成された構造と
なっている。

【００１７】ノズルケーシング３１の後端部には、循環
パイプ２２の循環汚水吐出口２２ｂに取着一体化するた
めの連結部３１ａが形成され、ノズルケーシング後部に
形成された循環汚水供給室３７には循環パイプ２２から
汚水が供給される。循環汚水供給室３７は、前方に延び
る通路３７ａ，円環状の室３７ｂ及び旋回導孔３６を介
してノズルケーシング前部に形成された渦流室３４に連
通している。旋回導孔３６は、図２及び図４に示される
ように、円環状の室３７ｂから渦巻状に前方の渦流室３
４に延びており、循環汚水がこの旋回導孔３６を通過す
る際に高速流とされる。渦流室３４では旋回導孔３６か
ら導かれた高速流によって旋回流が形成され、絞られた
円環状の液体噴射口３８から気体噴出口３２の前方に向
かって高速旋回流が噴射され、符号Ｏを頂点とする先細
り円錐形の高速渦流が形成される（図３参照）。気体噴
出口３２と円環状の液体噴射口３８とを画成する円パイ
プ形状の円筒部３３先端３８ａは先細りテーパ形状とさ
れて、循環汚水の噴射方向を軸心に向けている。即ち円
錐形状高速渦流の焦点Ｏは液体噴射口３８の近傍に位置
しており、これによって高速渦流による強制混合効果が
高められている。

【００１８】一方、気体噴出口３２は空気吸引パイプ４
０を介して大気と連通し、液体噴射口３８から循環汚水
が噴射される際にこの気体噴出口３２内には負圧が生じ
るので、この負圧によって空気が気体噴出口３２から吸
引噴出される（図３白抜矢印参照）。そして気体噴出口
３２から吸引噴出された空気は液体噴射口３８から噴射
形成された円錐形の高速渦流と接触し破砕され、強制混
合拡散されて超微粒子状の気泡となって汚水に溶解され
る。なお符号４２は空気吸引パイプ４０に設けられたバ
ルブで、気体噴出口３２に負圧吸引される空気量、即ち
、気体噴出口３２から噴出される空気量を調整するよう
になっている。

【００１９】なおノズルケーシング３１は、内部に循環
汚水供給室３７、通路３７ａ、円環状の室３７ｂ及び空
気吸引パイプ接続口３１ｃが形成された円柱型のケーシ
ング基部３１ａと、ケーシング基部３１ａの前面に組付
一体化されたケーシング前部３１ｂとからなる。ケーシ
ング前部３１ｂは、液体噴射口３８の外周縁を形成する
中央孔の形成されたキャップ型で、旋回導孔３６の形成
されている旋回導孔形成部材３５（図４参照）と協働し
て渦流室３４を形成し、かつ気体噴出口３２を形成する
内側円筒部３３と協働して液体噴射口３８を形成する。 なお図４符号３４ａは渦流室３４の背面壁を形成する凹
面部を示す。そしてケーシング基部３１ａとケーシング
前部３１ｂとはナット３９によって締結一体化されてい
る。旋回導孔形成部材３５は中央貫通孔３５ａの形成さ
れた略円錐台形状体で、内側円筒部３３に旋回導孔形成
部材３５が外嵌し、圧縮コイルスプリング３５ｂによっ
て旋回導孔形成部材３５がケーシング前部３１ｂの内側
に付勢圧接されている。

【００２０】またこのノズル３０を組立てるには次の様
にして行う。まずケーシング基部３１ａの前端側挿通孔
３１ａ１に内側円筒部３３を嵌挿し、この円筒部３３に
スプリング３５ｂ及び旋回導孔形成部材３５を順次組付
ける。そして旋回導孔形成部材３５を覆うようにケーシ
ング前部３１ｂを被せ、最後にナット３９を締め付け、
ノズルとして一体化する。

【００２１】このように本実施例に係る気体溶解装置で
は、気体噴出口３２から吸引噴出された空気は、環状の
液体噴射口から噴射形成された循環汚水の円錐形高速渦
流と接触し、破砕され強制混合拡散されて、従来装置で
は得られなかった超微粒子状の気泡となる。このため汚
水中における気体と液体との接触表面積が増大し、汚水
中に多量の空気を溶解させることができ、従来の方法及
び装置に比べて汚水中の空気の溶解度が著しく向上する
。また汚水中の空気溶解度を著しく高めることができる
ので、微生物によるＢＯＤ成分の分解除去作用が活発化
し、汚水処理効率を著しく向上させることができる。

【００２２】また本実施例装置では、空気をエジェクタ
ー方式で吸引するので、空気を供給するためのブロワ等
のエネルギー源が不要で、消費エネルギーの節約にもつ
ながる。また本実施例装置の施工には、従来の気体溶解
装置における循環パイプの循環液吐出口に、本実施例で
示すコンパクトなエジェクター式渦流型気液混合体噴射
ノズル３０を設置するだけでよく、施工も非常に簡単で
ある。

【００２３】なお前記実施例は、液体の噴射による負圧
を利用したエジェクター方式で空気を自給する構造とな
っているが、空気吸引パイプ４０にブロワを設けて、空
気を強制的に気体噴出口３２に供給するようにしてもよ
く、このようにした場合はブロワによる空気供給量を調
整することにより空気の溶解速度を調整することができ
る。

【００２４】図５は本発明の他の実施例の要部であるエ
ジェクター式渦流型気液混合体噴射ノズルの縦断面図を
示すもので、図３に対応する図である。前記した第１の
実施例における噴射ノズル３０は、円環状の液体噴射口
３８から循環汚水を噴射させた際の負圧を利用して、気
体噴出口３２から気体を吸引噴出させる構造となってい
るが、本実施例における噴射ノズルは循環汚水が気体噴
出口３２にも供給され、気体噴出口３２から循環汚水と
ともに空気が噴射される構造となっている。即ち、気体
噴出口３２の空気吸引パイプ４０との連通部上流側が小
径通路３２ａを介して循環汚水供給室３７に連通してい
る。このため循環汚水が小径通路３２ａから前方に高速
で圧送される際に空気吸引パイプ４０から空気が負圧吸
引され、気体噴出口３２からは、空気と循環汚水とが一
緒に噴射される。そして汚水とともに噴射された気体は
高速渦流と接触し、破砕され、強制混合拡散されて、超
微粒子状の気泡となって汚水に溶解される。

【００２５】この第２の実施例では、前記した第１の実
施例よりも気体噴出口３２内における空気の吸引力（エ
ジェクター作用）が強いので、ブロワによって強制供給
すると同程度の空気が供給され、空気の溶解速度を高め
ることができるという利点がある。図６は本発明を汚水
処理に適用した他の実施例を示すもので、気体溶解装置
の全体概要図である。

【００２６】この実施例では、バッキ槽１０内に、液体
吸込口１２２ａと吐出口１２２ｂを有する小型の液体循
環水中ポンプ１２４を設置し、水中ポンプの液体吐出口
１２２ｂに噴射ノズル３０を設置した構造となっている
。その他は前記した第１の実施例と同様であり、同一の
符号を付すことによりその説明は省略する。この第３の
実施例では、コスト的に安価な小型の水中ポンプの液体
吐出口１２２ｂに噴射ノズル３０を設置するだけでよく
、第１の実施例の循環パイプ２２に相当する配管が不要
であるため、施工が容易で、しかも装置コストが非常に
安価となるという効果がある。

【００２７】なお前記した実施例では、いずれも本発明
を汚水処理に適用した場合について説明したが、本発明
は汚水処理技術に限定されるものではなく、種々の気体
を液体に溶解させる技術に広く適用できることはいうま
でもない。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る気体溶解方法及び装置によれば、気体噴出口から
噴出した気体が液体噴射口から噴射した高速液体渦流に
よって破砕され、強制混合拡散されて超微粒子状の気泡
となるので、液体と気体との接触表面積が増大し、液体
槽内の液体中に気体を高効率で溶解させることができる
。

【００２９】また本発明に係る気体溶解装置は簡潔な構
成で高溶解効率が得られることから、装置コストも安く
、液体槽も小さくてすむという効果がある。また請求項
３，６では、ポンプを液体外に設けるので、ポンプに液
封構造等の手段を構ずる必要がなく、ポンプの構成が簡
潔でコスト的にも有利となる。請求項４では、ブロワに
よって気体が気体噴出口に強制供給されるので、気体の
溶解速度が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で、汚水処理におけ
る気体溶解装置の全体概要図

【図２】気体溶解装置の要部であるエジェクター式渦流
型気液混合体噴射ノズルの正面図

【図３】同ノズルの縦断面図（図２に示す線ＩＩＩ−Ｉ
ＩＩに沿う断面図）

【図４】旋回導孔形成部材の斜視図

【図５】本発明の他の実施例の要部であるエジェクター
式渦流型気液混合体噴射ノズルの縦断面図

【図６】本発
明のさらに他の実施例を示す図で、汚水処理における気
体溶解装置の全体概要図

【図７】第１の従来技術を示す図

【図８】第２の従来技術を示す図

【符号の説明】

１０　　液体槽（バッキ槽） ２２　　循環パイプ ２２ａ　　吸込口 ２２ｂ　　吐出口 ２４　　ポンプ ２４Ａ　　液体循環水中ポンプ ３０　　エジェクター式渦流型気液混合体噴射ノズル３
２　　気体噴出口 ３４　　渦流室 ３６　　旋回導孔 ３８　　液体噴射口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液面下において環状の液体噴射口から
   液体を旋回状態で前方に噴射して先細り円錐形高速渦流
   を形成するとともに、前記液体噴射口内側の気体噴出口
   から噴出させた気体を前記高速渦流と接触させて、破砕
   し微細な気泡とすることを特徴とする気体溶解方法。
2. 【請求項２】　　液体の満たされた液体槽と、前記液体
   槽内に開口する吸込口と吐出口とを有し、槽内の液体を
   循環させるための循環パイプと、前記循環パイプの途中
   に設けられて、パイプ内の液体を圧送するポンプと、前
   記循環パイプの吐出口に設けられたエジェクター式気液
   混合体噴射ノズルと、溶解しようとする気体を前記噴射
   ノズルに供給する気体供給パイプと、を備えた気体溶解
   装置において、前記噴射ノズルは、前記気体供給パイプ
   に連通する気体噴出口と、前記気体噴出口を取り囲む位
   置に形成された円環状の渦流室と、前記渦流室に渦巻状
   に延び、前記循環パイプから供給された循環液を渦流室
   に高速で導入し、渦流室に高速旋回流を形成する旋回導
   孔と、前記渦流室の気体噴出口を取り囲む位置に形成さ
   れ、気体噴出口前方に先細り円錐形の高速渦流を噴射形
   成する円環状の液体噴射口と、から構成されたことを特
   徴とする気体溶解装置。
3. 【請求項３】前記ポンプは循環パイプの液体外部配管位
   置に設置されたことを特徴とする請求項２記載の液体溶
   解装置。
4. 【請求項４】　　前記空気供給パイプには気体を強制供
   給するためのブロワが設けられたことを特徴とする請求
   項２記載の気体溶解装置。
5. 【請求項５】　　液体の満たされた液体槽と、前記液体
   槽内に開口する吸込口と吐出口とを有し、槽内の液体を
   循環させるための循環パイプと、前記循環パイプの途中
   に設けられて、パイプ内の液体を圧送するポンプと、前
   記循環パイプの吐出口に設けられたエジェクター式気液
   混合体噴射ノズルと、溶解しようとする気体を前記噴射
   ノズルに供給する気体供給パイプと、を備えた気体溶解
   装置において、前記噴射ノズルは、前記気体供給パイプ
   に連通するとともに、循環パイプから供給された循環液
   の圧送により負圧吸引された気体が循環液とともに噴射
   される気体噴出口と、前記気体噴出口を取り囲む位置に
   形成された円環状の渦流室と、前記循環パイプから供給
   された循環液を渦流室に高速で導入し、渦流室に高速旋
   回流を形成する旋回導孔と、前記渦流室の気体噴出口を
   取り囲む位置に形成され、気体噴出口前方に先細り円錐
   形の高速渦流を噴射形成する円環状の液体噴射口と、か
   ら構成されたことを特徴とする気体溶解装置。
6. 【請求項６】前記ポンプは循環パイプの液体外部配管位
   置に設置されたことを特徴とする請求項５記載の液体溶
   解装置。