JPH0747113B2

JPH0747113B2 - 液体と気体との攪拌混合装置

Info

Publication number: JPH0747113B2
Application number: JP4268245A
Authority: JP
Inventors: 収蔵鎌田
Original assignee: 収蔵鎌田
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH0691146A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中に気体を効率良
く溶け込ませるようにした液体と気体との攪拌混合装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水等の液体中に空気等の気体を効率良く
溶け込ませる気液攪拌混合装置としては、本発明者の発
明による特公昭６１−３６４４８号公報がある。

【０００３】この特公昭６１−３６４４８号公報に示さ
れた従来技術は、攪拌混合される気体雰囲気中に開口し
た上端開口部を、攪拌混合される液体液面上に突出位置
させて配置された直線円筒形状の外殻体と、この外殻体
の全長にわたって同軸芯状に挿入組付けされ、高速で回
転駆動される直線円柱形状の駆動体とから成り、外殻体
と駆動体との間の間隙を、駆動体の高速回転時に液体が
間隙内に侵入することができる範囲で、できる限り小さ
い値に設定した構成となっている。

【０００４】上記構成の従来技術は、液体に比べてはる
かに比重の小さい気体であっても、極めて小さい気泡状
となって液体中に存在する場合には、ブラウン運動に似
た現象により、気泡に作用する浮力に打ち勝って長時間
の間、液中に不規則に遊動しながら位置することができ
ると云うことに着眼し、気体雰囲気中の液体を激しく渦
運動させることにより液体中に気体の極めて小さい気泡
を発生させ、この極めて小さいかつ多数の気泡を液体中
に長時間位置させることにより、気体の液体への溶け込
みを、極めて効率良く達成するものとなっている。

【０００５】すなわち、外殻体と駆動体との間の間隙内
に液体と気体とを侵入させ、駆動体の高速回転運動によ
り発生する液体の激しい渦流運動により気体と攪拌混合
し、攪拌混合により発生する多数の細かい気泡を含んだ
液体を外殻体の下端開口部から勢い良く放出し、この放
出により極めて細かいそして多数の気泡を液体中に長時
間にわたって遊動させるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術は、確かに極めて細かい多数の気泡を液体中
に放出させることができるのであるが、気体を充分に細
かい気泡に生成するためには、外殻体と駆動体との間の
間隙内の液体に対して充分に激しい渦流運動を与える必
要があり、この渦流運動により所望する大きさの気泡を
得るには、駆動体の外周面周速度が略１２ｍ／sec 程度
の高速が要求されることから、駆動体を約７０００rpm
程度の高速で回転駆動させる必要があると云う問題があ
った。

【０００７】また、このように高速回転駆動される駆動
体は、液体と気体とを一定時間以上攪拌混合する必要が
あることから、一定以上の長さを持たなければならず、
このためこの高速回転駆動される駆動体自体および駆動
体を回転可能に支持する部分には、高速回転する駆動体
に振動等が発生しないように、極めて高い機械成形寸法
精度で製造される必要があると云う問題があった。

【０００８】そして、前記したように駆動体の外周面周
速度は高速であることが要求されるので、駆動体自体の
径も或る程度以上の大きさとする必要があり、このため
高速回転駆動される駆動体の重量が大きくなって、駆動
体の軸受け部分に早期磨耗が生じるとか、駆動体の回転
駆動源として出力容量の大きいものを必要とすると云う
問題があった。

【０００９】さらに、液体中に放出される多数の細かい
気泡は、外殻体と駆動体との間の間隙に発生した渦流が
発揮する勢いだけで放出されるので、その放出勢いが必
ずしも充分ではなく、このため多数の細かい気泡の到達
範囲が満足できる大きさにならないと云う問題があっ
た。

【００１０】またさらに、液体と攪拌混合される気体中
に、高い殺菌作用と高い浄化作用とを発揮するオゾンを
混入するのが有効であることから、オゾン発生器で発生
させたオゾンを外殻体の上端開口部付近に導き、外殻体
内の渦流運動が発揮する吸引力により、他の気体と一緒
に外殻体内に吸引させるようにしているが、他の気体の
流れに邪魔されるため、オゾンの外殻体内への吸引が必
ずしも効率良く達成されず、比較的多量のオゾンが大気
中に無駄に放散すると云う問題があった。

【００１１】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける問題点を解消すべく創案されたもので、回転動作に
より液体と気体とを攪拌混合する回転体の重量を軽減す
ると共に、比較的低い回転速度で充分に細かい気泡を発
生させ、さらにこの気泡中におけるオゾンの含有率を高
めることを技術的課題とし、もって製造が簡単であると
共に、長期間にわたって安定した動作を発揮し、出力容
量の小さい駆動源で充分に細かい気泡を得ることがで
き、さらに殺菌および浄化力の強い気泡を得ることを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
る本発明の手段は、基端部に液体およびこの液体と攪拌
混合される気体を吸入する基端部開口を開設し、先端開
口部を先端部開口とした直線円筒形状の外筒を有するこ
と、この外筒内に同軸芯状に挿入組付けされ、高速回転
駆動される直線円棒状の回転軸を有すること、この回転
軸に、軸芯方向に沿って間隔をあけて固定された複数の
攪拌羽根を有すること、回転軸の水面直上に位置する基
端部に固定され、この回転軸の回転により気体を外筒内
に向かって送気する送気羽根を有すること、基端をオゾ
ン発生器に接続し、先端を送気羽根付近に開放した導入
管を有すること、外筒の先端部開口から突出した回転軸
の先端部に設けられ、この回転軸の回転により液体を放
射方向に勢い良く放散する放散装置を有すること、回転
軸の基端および先端を回転自在に支持すること、にあ
る。

【００１３】回転軸および外筒を垂下状に組付けると共
に、回転軸を回転駆動する駆動体およびオゾン発生器を
搭載固定したベース板の下面周端部に、このベース板を
水面上に水平姿勢で浮上させる浮きを取付けるのが有利
である。

【００１４】

【００１５】攪拌羽根の羽根径を、外筒の内径よりもわ
ずかに小さい値に設定するのが効果的である。

【００１６】攪拌羽根を、一つの順羽根と一つの逆羽根
との組合せで構成し、一つの順羽根と逆羽根との組合せ
を、逆羽根に対して順羽根を基端側に位置させて取付け
るのが良い。

【００１７】回転軸の先端を回転自在に支持する軸受け
を、耐食性樹脂である超高分子量ポリエチレン樹脂で構
成するのが有利である。

【００１８】外筒の基端部開口の液体流入通路に、固形
物の外筒内への流入を阻止する金網を取付けるのが有効
である。

【００１９】

【作用】回転軸の回転駆動前において、外筒内にはほぼ
液体が充満された状態となっている。この状態から、回
転軸を設定された回転速度で回転駆動すると、外筒内の
液体に渦流運動が発生すると共に、外筒の基端部開口か
ら気体が外筒内に吸引されて液体と攪拌混合される。

【００２０】すなわち、回転軸が回転すると、この回転
軸と外筒との間の液体は、回転軸を中心とした渦流を形
成すると共に、この液体の渦流の吸い込み作用により気
体を回転軸に沿って吸い込むのである。

【００２１】このようにして、液体と一緒になって吸い
込まれた気体は、液体の渦流運動により攪拌混合される
と共に、回転軸と一体に回転している攪拌羽根により、
液体と激しく攪拌混合される。

【００２２】この攪拌羽根による液体と気体との攪拌混
合動作は、攪拌羽根の各羽根片による液体と気体との混
合物に対する激しい切断動作と、液体と気体との混合物
に対する、攪拌羽根の順羽根により与えられる順方向
（外筒の先端部開口に向かう方向）への動きと、攪拌羽
根の逆羽根により与えられる逆方向（外筒の基端部開口
に向かう方向）への動きとの衝突による混練動作とによ
って達成され、そしてこの攪拌混合動作は、逆羽根によ
る液体と気体との混合物に対する押し戻し作用により、
この混合物が比較的長い時間、外筒内に滞留することに
なるので、効果的に達成されることになる。

【００２３】外筒内の液体と気体との混合物は、主に回
転軸の回転動作に伴う渦流動作により、外筒内を順方向
に移動し、そのまま先端部開口から放出されるが、この
液体と気体との混合物の先端部開口からの放出勢いは、
回転軸の回転動作に伴う渦流動作だけにより決定される
ものではなく、攪拌羽根における順羽根が発揮する押し
進め力と逆羽根が発揮する押し戻し力との強弱も関係
し、順羽根が発揮する押し進め力が逆羽根が発揮する押
し戻し力よりも強い場合には、上記した混合物の先端部
開口からの放出勢いは強くなり、混合物内の多数の細か
い気泡は放出勢いの強い分だけより広範囲に放散される
ことになる。

【００２４】しかしながら、順羽根の押し進め力を逆羽
根の押し戻し力よりも強く設定した場合には、外筒内に
おける液体と気体との混合物の順方向への移動速度が早
いことを意味しており、このため上記混合物の外筒内に
おける滞留時間が短くなり、すなわち混練時間が短くな
り、気泡の細分化程度が不充分となる場合がある。

【００２５】それゆえ、気泡の細分化を充分に達成する
と共に、この充分に細分化された気泡をより広範囲に放
散させたい場合には、回転軸の先端部に放散装置を設け
る。この放散装置は、回転軸と一体に回転し、この回転
動作を利用して液体を放射方向に勢い良く放出するの
で、外筒の先端部開口から放出された液体と気体との混
合物の放出勢いが強くなくても、この混合物は放散装置
により勢い良く放出された液体流に乗って広範囲に放散
されることになる。

【００２６】また、回転軸の基端部に取付けられた送気
羽根は、回転軸の回転動作に伴って付近の気体を外筒内
に送気するが、この送気羽根の付近には導入管の先端が
開放されていて、オゾン発生器で発生したオゾンを、こ
の送気羽根付近に放出するので、オゾン発生器から供給
されたオゾンは、この送気羽根により強制的に外筒内方
向に送り込まれることになり、これにより円滑にかつ効
率良く外筒内に吸い込まれる。

【００２７】このため、生成される気泡にはオゾンが多
く含まれることになり、このオゾンの作用により、液体
に対する気泡の殺菌作用および浄化作用を飛躍的に高め
ることになる。

【００２８】回転軸、外筒、回転軸を回転駆動する駆動
体、そしてオゾン発生器の取付けベース体であるベース
板に浮きを取付け、ベース板を水面上に水平姿勢で浮上
位置させるようにすることにより、取付け固定のための
構造物が不要となって、攪拌混合装置の池等への設置が
簡単となると共に、その移動が容易となる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１に示した実施例は、本発明による攪拌混
合装置１の取付けベース体としてのベース板３を、この
ベース板３の下面周端部に固定した複数の浮き１２によ
り水面ＷＬ上に水平姿勢で浮上位置させたもので、ベー
ス板３上にモータ等の駆動体２を取付け、この駆動体２
の回転出力軸に、ベース板３に軸受けを介して回転自在
に垂下状に支持された回転軸４の基端（図において上
端）を連結している。

【００３０】この回転軸４は、同じベース板３の下面
に、複数の縦棒状の固定アングル２０を介して垂下状に
固定された外筒５に対して同軸芯状に組合せられ、先端
（図において下端）を、外筒５の先端の外鍔状となった
固定フランジ２１に複数の柱片状をした固定柱片２３を
介して不動に固定された支持板２２に軸受け２４を介し
て回転自在に支持されている。

【００３１】外筒５の基端部開口６は、水面ＷＬ下に位
置しており、この基端部開口６を形成した外筒５の基端
部には、外筒５をそのまま上方に延長した形態で、外筒
５内への固定物の侵入を阻止する金網１９が、その上端
部を水面ＷＬ上に突出させる高さ寸法で取付けられてい
る。

【００３２】ベース板３直下の水面ＷＬ上に位置した回
転軸４の基端部には、付近の気体を外筒５の基端部開口
６に向けて送気する送気羽根９が取付けられており、ま
た外筒５の先端部開口７から下方に突出した回転軸４の
先端部には、先端部開口７に下方から対向する姿勢で放
散装置１３が取付けられており、さらにベース板３上に
取付けられたオゾン発生器１０に基端を接続した導入管
１１の先端が、送気羽根９の直下に配置されている。

【００３３】回転軸４に取付けられた攪拌羽根８は、細
長平板状の羽根片を放射状に十文字に組合せて構成（図
２参照）されており、各羽根片の長さは、外筒５の内径
よりもわずかに小さい値となっている。この攪拌羽根８
は、回転軸４の回転により液体と気体との混合物を順方
向（基端から先端に向かう方向）に押し進める順羽根８
ａと、混合物を押し戻す逆羽根８ｂとの組合せ（図３参
照）を基本構成としており、当然のことながら順羽根８
ａに対して逆羽根８ｂは、その各羽根片を逆方向に傾斜
させている。

【００３４】図示実施例の場合、攪拌羽根８は、一つの
順羽根８ａと一つの逆羽根８ｂとの組合せにより構成さ
れていて、順羽根８ａは逆羽根８ｂに対して回転軸４の
基端側に配置されており、攪拌羽根８の数は、要求され
る液体と気体との混合程度、すなわち気泡の細分化程
度、回転軸４の回転速度、攪拌羽根８の羽根片の長さ等
に従って設定され、当然のことながら、攪拌羽根８の数
が多く、回転軸４の回転速度が大きく、そして羽根片の
長さが大きい程、気泡の細分化の力は大きい。

【００３５】回転軸４が回転すると、基端部開口６付近
の水が渦流となって空気と一緒に外筒５内に引き込まれ
る。攪拌羽根８の順羽根８ａおよび逆羽根８ｂ共に、そ
の回転動作により渦流の形成を促進させると共に、水と
空気との混合物の攪拌を助長して気泡の細分化を促進さ
せるのであるが、順羽根８ａの回転動作は、渦流の引き
込み力を助長させて、水と空気との混合物を押し進める
作用をし、反対に逆羽根８ｂの回転動作は、渦流の引き
込み力を弱め、水と空気との混合物を押し戻す作用をす
る。

【００３６】このため、逆羽根８ｂは、全体的に順方向
に進む渦流に対して逆向きの流れを局部的に与えること
になり、この局部的な乱流により渦流による水と空気と
の攪拌混合能力を高め、またこの逆向きの流れにより、
外筒５内における水と空気との混合物の滞留時間を長引
かせ、発生した気泡の細分化を促進する。

【００３７】順羽根８ａの発揮する押し進め力および逆
羽根８ｂの発揮する押し戻し力は、各羽根片の傾斜角度
により大きく変化するが、実験例によると、攪拌羽根８
の羽根径が４７mmで、回転軸４の回転速度が３０００rp
m である場合、攪拌羽根８の各羽根片の傾斜角度を２０
°程度に設定して良好な結果を得ることができた。

【００３８】送気羽根９は、回転軸４の基端部に設けら
れているので、回転軸４の回転により形成され、水と空
気とを吸い込む渦流の開口部直上に位置することになる
が、この送気羽根９の直下には導入管１１の先端が開放
されているので、この導入管１１を通してオゾン発生器
１０から導かれてきたオゾンは、導入管１１からの放出
と同時に送気羽根９により渦流の開口部に向かって送り
出されることになり、これにより供給されたオゾンは、
殆ど無駄なく水と攪拌混合されることになる。

【００３９】放散装置１３は、放射方向に沿って下降傾
斜した上面を有し、外筒５の先端部開口７に対向して回
転軸４に固定されたテーパ円板状の放散板１４と、この
放散板１４の下面に、回転軸４の回転動作により水を放
射方向に放出する傾斜姿勢で垂下状に設けられた複数
（図５図示実施例では８枚）の放散羽根１６と、この放
散羽根１６を介して放散板１４に取付けられ、中央に水
を吸い込むための開口部を形成する吸い込み口１７を開
設し、放散板１４との間に放散される水の通路を形成す
るテーパ円板状の規制板１５とから構成され、回転軸４
の回転動作に伴って、吸い込み口１７から放散板１４と
規制板１５との間に吸い込んだ水を、放散羽根１６によ
り、放散板１４と規制板１５との周端縁間に形成される
放散口１８から四方に勢い良く放出する。

【００４０】外筒５の先端部開口７から放出された細分
化された気泡は、この放散装置１３から放出される水流
に乗って、勢い良く四方に放出され、もってより遠方に
到達することになる。

【００４１】回転軸４の回転速度を３０００rpm 、攪拌
羽根８の羽根径を４７mm、攪拌羽根８の羽根片の傾斜角
度を２０°、外筒５の内径を５０mm、外筒５の長さを４
５０mm、順羽根８ａと逆羽根８ｂとの間隔を３０mm、放
散装置１３の放散板１４の径を１００mm、そして放散板
１４の上面の傾斜角度を３°にそれぞれ設定した攪拌混
合装置１を、工場内のプールに、最も遠いプールの縁ま
での距離を２０ｍに設定して設置して実験運転を開始し
たところ、攪拌混合装置１から最も離れた水面ＷＬ箇所
に水を満たして逆立させておいてコップ内の約２１５cc
の水量が、運転開始後６時間で、その全部が気体と入れ
替わった。

【００４２】また、運転を停止し、同じ水面ＷＬ箇所に
同じコップを水を満たして逆立させておいたところ、約
１２時間後までコップ内の水の減少が認められ、１２時
間後にはコップ内の水の約２／３が気体と置換してい
た。このように、攪拌混合装置１の運転を停止した後
も、気泡が遠方のコップに到達するのは、気泡が極めて
小さく細分化されているために浮力が小さく、このため
水面ＷＬに浮き上がることなく水中を遊動するためであ
り、また気泡の水中での移動動作が直線運動ではなく円
運動に近い移動動作となっているので、攪拌混合装置１
からコップに到達するまで時間がかかるためであると思
われる。

【００４３】回転軸４の先端を支持する軸受け２４は、
耐食性樹脂（超高分子量ポリエチレン樹脂）製で、その
耐久性に富むこと、水潤滑で無給油であること、磨耗が
少ないこと、腐食がないこと、そして安価で製作が容易
であること等により、水中で使用される本発明の攪拌混
合装置１の回転軸４の軸受けとして最適である。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、上記した構成となっているの
で、以下に示す効果を奏する。液体と気体との攪拌混合
を、回転軸の回転動作に伴う渦流運動だけではなく、回
転軸に取付けた攪拌羽根の切断動作と、渦流の激しい乱
流動作とにより達成するので、気泡の細分化を強力にか
つ極めて効率良く達成することができ、もって気泡の充
分な細分化を達成することができ、これにより気体の液
体中への溶解を強力にかつ効率良く達成することができ
る。

【００４５】回転軸の回転速度は、通常のモータが発揮
する回転速度レベルであり、回転軸として軽量な細棒を
使用することができるので、回転駆動される部分の合計
重量を充分に軽量化することができ、もって極めて高い
成形寸法精度を要求されることがなく、製造が容易であ
ると共に、回転部分を支える軸受け部分に大きな荷重が
かかることがないので、機械構造的な劣化の生じること
が少なく、長期間にわたって安定した動作を得ることが
できる。

【００４６】攪拌羽根を構成する羽根片の傾斜角度を変
更するだけで、気泡の細分化能力を簡単に変更設定する
ことができるので、設置条件および要求される使用条件
に応じて、装置の構成に大きな変更を与えることなし
に、これらの要求に応じることができ、もって高い汎用
性を発揮することができる。

【００４７】送気羽根を設けて供給されるオゾンを強制
的に外筒内側に送気するので、形成された渦流へのオゾ
ンの吸引を効果的に達成することができるので、オゾン
の液体中への溶解を高い効率で達成でき、もって液体に
対する強力な殺菌作用と浄化作用とを得ることができ
る。

【００４８】浮きを利用して装置を水上に設置した場合
には、装置の設置が極めて簡単になると共に、その移動
が容易となり、もって取扱いが簡単で便利となる。

【００４９】放散装置を設けた場合には、細分化された
気泡をより遠方まで放散することができ、もってより広
範囲にわたって水の浄化を達成することができる。

【００５０】回転軸の先端部を耐食性樹脂である超高分
子量ポリエチレン樹脂で構成した場合には、常時水中に
位置することになる軸受けとして、極めて好適に働くこ
とができ、もって円滑でかつ長期間にわたって安定した
回転軸の回転動作を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す部分縦断した正面図。

【図２】図１に示した実施例における、回転軸と外筒と
攪拌羽根との組合せ物の拡大平断面図。

【図３】図２に示した回転軸と外筒と攪拌羽根との組合
せ物の一部縦断拡大正面図。

【図４】図１に示した実施例における、放散装置の一構
成例を示す半縦断した正面図。

【図５】図４に示した放散装置の構成例の平面図。

【符号の説明】

１；攪拌混合装置２；駆動体３；ベース板４；回転軸５；外筒６；基端部開口７；先端部開口８；攪拌羽根８ａ；順羽根８ｂ；逆羽根９；送気羽根１０；オゾン発生器１１；導入管１２；浮き１３；放散装置１４；放散板１５；規制板１６；放散羽根１７；吸い込み口１８；放散口１９；金網２０；固定アングル２１；固定フランジ２２；支持板２３；固定柱片２４；軸受けＷＬ；水面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 1/50 ５５０Ｃ 9045−4Ｄ 1/78 3/16 3/20 ＡＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基端部に液体および該液体と攪拌混合さ
れる気体を吸入する基端部開口(6) を開設し、先端開口
部を先端部開口(7) とした直線円筒形状の外筒(5) と、
該外筒(5) 内に同軸芯状に挿入組付けされ、高速回転駆
動される直線円棒状の回転軸(4) と、該回転軸(4) に軸
芯方向に沿って間隔をあけて固定された複数の攪拌羽根
(8) と、前記回転軸(4) の水面(WL)直上に位置する基端
部に固定され、前記回転軸(4) の回転により気体を前記
外筒(5) 内に向かって送気する送気羽根(9) と、基端を
オゾン発生器(10)に接続し、先端を前記送気羽根(9)付
近に開放した導入管(11)と、前記外筒(5) の先端部開口
(7) から突出した回転軸(4) の先端部に設けられ、該回
転軸(4) の回転により液体を放射方向に勢い良く放散す
る放散装置(13)と、から成り、前記回転軸(4) の基端お
よび先端を回転自在に支持して構成した液体と気体との
攪拌混合装置。
【請求項２】回転軸(4) および外筒(5) を垂下状に組
付けると共に、前記回転軸(4) を回転駆動する駆動体
(2) およびオゾン発生器(10)を搭載固定したベース板
(3) の下面周端部に、該ベース板(3)3を水面(WL)上に水
平姿勢で浮上させる浮き(12)を取付けた請求項１に記載
の液体と気体との攪拌混合装置。
【請求項３】攪拌羽根(8) の羽根径を、外筒(5) の内
径よりもわずかに小さい値に設定した請求項１または２
に記載の液体と気体との攪拌混合装置。
【請求項４】攪拌羽根(8) を、一つの順羽根(8a)と一
つの逆羽根(8b)との組合せで構成し、前記一つの順羽根
(8a)と逆羽根(8b)との組合せを、前記逆羽根(8b)に対し
て順羽根(8a)を基端側に位置させた請求項１または２ま
たは３に記載の液体と気体との攪拌混合装置。
【請求項５】回転軸(4) の先端を回転自在に支持する
軸受け(24)を、耐食性樹脂である超高分子量ポリエチレ
ン樹脂で構成した請求項１または２または３または４に
記載の液体と気体との攪拌混合装置。
【請求項６】外筒(5) の基端部開口(6) の液体流入通
路に、固形物の前記外筒(5) 内への流入を阻止する金網
(19)を取付けた請求項１または２または３または４また
は５に記載の液体と気体との攪拌混合装置。