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1. WO2007094434 - DEGASSING/DISSOLUTION APPARATUS AND DEGASSING/DISSOLUTION METHOD

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[ JA ]
明 細書

脱気,溶解装置及び脱気,溶解方法

技術分野

[0001] 本発明は、液体の脱気処理または液体への気体の溶解処理に用いる脱気'溶解 装置及び脱気'溶解方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、油圧回路などのように細い配管で液体を送給する際において、液体に溶存 した気体の溶存率が大きい場合には、液体に加わっている圧力の変動にともなって 気泡が発生することがある。この気泡は、液体の流通を阻害しやすぐ振動や騒音の 原因となったり、液体の送給障害や熱障害を発生させたりするおそれがある。そこで 、油圧回路などでは、配管内に乗じた気泡を除去する気泡除去装置を別途設けたり 、あら力じめ脱気処理を行って気体の溶存率を低下させた液体を用いたりしている。

[0003] 一方で、食品産業では、昨今人気のある「酸素水」のように液体の機能性を高める ために、液体に酸素などの気体を通常の濃度以上に溶解させることも行われている。

[0004] このような脱気処理や気体の溶解処理は、一般的に、被処理液体を密封状態で収 容可能な収容容器に貯留し、脱気処理の場合には、収容容器内を所定の真空度以 下にまで減圧することによって行っており、溶解処理の場合には、収容容器内に被 処理液体に溶存させる気体を圧入して所定の加圧状態とし、所定時間放置すること によって行っている。

[0005] 特に、溶解処理の場合には、被処理液体に対して溶解させる気体でのパブリング を行うことによって、より短時間で溶解処理を行うこともできる。また、溶解処理を行う 場合には、あらかじめ液体の脱気処理を行って不要な気体を取り除くとともに、必要 とする気体を溶け込ませやすくしておくことが望ましい。被処理液体への所定の気体 の溶解処理は、注気処理と呼ばれることもある。

[0006] 脱気処理の場合には、上記したバッチ式の処理ではなぐあら力じめ真空度を高く した真空槽と、この真空槽に液体を送給する配管とを備えた装置で、真空槽内に被 処理液体を連続的に送給することによって脱気処理を行う装置が提案されている(例 えば、特許文献 1参照。)。

[0007] また、他の脱気処理用の装置として、脱気処理される被処理液体にキヤビテーショ ンを生じさせることにより微小気泡を生じさせ、この微小気泡を除去することによって 脱気処理を行う装置も提案されている (例えば、特許文献 2参照。)。

[0008] このような状況において、本発明者は、液体におけるキヤビテーシヨン現象を研究し ていた際に、キヤビテーシヨン現象の一形態であるスーパーキヤビテーシヨンが生じた 場合に、液体が送給されている配管内に空洞が安定的に停留する現象を発見した( 例えば、非特許文献 1参照。)。

[0009] しかも、本発明者は、スーパーキヤビテーシヨンによって配管内に形成された空洞 内が液体の蒸気圧に近い極めて低い圧力状態で安定に保たれることにより、この空 洞に接した液体中に溶存していた気体が空洞に析出していること、すなわち、配管 内に形成された空洞では液体の脱気が行われていることを知見した。

[0010] さらに、本発明者は、本来大気圧よりはるかに低い圧力に保たれている空洞を大気 に開放してみたところ、空洞は消滅することなく安定な形状を保ちながら内部の圧力 が大気圧まで上昇し、このときに空洞内に引き込まれた大気が液体に混じり、微小気 泡となって空洞の後端から大量に放出される現象を発見し、この微小気泡の生成に ともなって液体への大気の高速な溶け込みが生じていることを新たに知見した。 特許文献 1 :特開平 07— 132201号公報

特許文献 2 :特開平 03— 118803号公報

非特許文献 1 :鷲尾誠一、他 3名,「油のキヤビテーシヨン初生の観察」,日本機械学 会論文集,社団法人日本機械学会,平成 11年 5月, 65卷, 633号, B編, p. 139— 147

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 液体を収容する収容容器を用いたバッチ処理による脱気処理あるいは気体の溶解 処理では、所定量ごとにしか脱気または溶解を行えないために、作業効率が悪いと レ、う問題があった。

[0012] また、あらかじめ真空度を高めた真空槽に液体を送給して脱気処理を行う場合に

は、真空槽内を安定的に高い真空度に維持するための構造が複雑となりやすぐ比 較的大型の装置となって高コストィ匕するという不具合があった。

[0013] さらに、液体中にキヤビテーシヨンを生じさせることにより微小気泡を形成して、この 微小気泡を除去することによって脱気処理を行う場合には、旋回流などを利用した特 殊な気泡除去装置が必要であるとともに、微小気泡を確実に除去しょうとすると、微 小気泡とともにこの微小気泡を取り囲む液体も一緒に除去することとなるために液量 の大きな減少が生じるおそれがあった。

[0014] 本発明者はこのような現状に鑑み、スーパーキヤビテーシヨンによって生成された 空洞を利用することにより、この空洞が安定形状を保って停留するので空洞内の減 圧または加圧が可能であって、この空洞内の減圧または加圧によって液体の脱気ま たは液体への気体の溶解を高速に行え、しかも、比較的低コストの装置とすることが できることに思い至り、本発明を成すに至ったものである。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明の脱気'溶解装置では、液体を送給する配管と、この配管の中途部に設け て液体を所定の流量で下流側に送給する流量調整部と、この流量調整部の下流側 における配管の中途部に設けて液体に接する停留した空洞を形成する空洞形成部 と、空洞内を加圧または減圧する加減圧部を備え、加減圧部で空洞内を減圧した場 合に液体を脱気し、加減圧部で空洞内に気体を送給して加圧した場合に液体に気 体を溶解させることとした。

[0016] さらに、本発明の脱気'溶解装置では、以下の点にも特徴を有するものである。す なわち、

(1)空洞形成部には、流路内に設けて液体の流通面積を絞る遮蔽体により狭小とし た第 1の流路と、この第 1の流路の流通面積よりも大きい流通面積とした第 2の流路と 、この第 2の流路の流通面積よりは小さぐ第 1の流路の流通面積よりは大きい流通 面積とした第 3の流路を上流側からこの順で設けて、液体の送給にともなって第 2の 流路部分に空洞を形成するとともに、空洞形成部には、空洞に連通させた貫通孔を 設けて、この貫通孔を介して空洞内を加圧または減圧すること。

(2)加減圧部は空洞内を減圧する減圧手段を備えること。

(3)加減圧部は液体に溶け込ませる気体を所定の圧力として送給する加圧手段を備 えること。

(4)配管は、両端をそれぞれ液体を貯留するタンクに接続して周回状の流路を構成 し、加圧手段を、空洞に連通連結させるととともにタンクに連通連結させて、タンク内 の中空空間に、加圧手段で送給される気体を充填したこと。

(5)加減圧部は、空洞に加圧手段を連通連結させた状態と、空洞に減圧手段を連通 連結させた状態との切り替えを行う切替弁を備えること。

(6)遮蔽体には、流体にスーパーキヤビテーシヨンを生じさせるため剥離点を設けた こと。

[0017] また、本発明の脱気'溶解方法では、配管内に剥離点を設けて、この剥離点によつ て配管内を送流されている流体にスーパーキヤビテーシヨンを生じさせて停留した空 洞を形成し、この空洞に連通する貫通孔を配管に設け、この貫通孔を介して空洞内 を減圧することにより液体を脱気し、空洞内に気体を送給して加圧することにより液体 に気体を溶解させることとした。

発明の効果

[0018] 本発明では、液体を送給する配管と、この配管の中途部に設けて液体を所定の流 量で下流側に送給する流量調整部と、この流量調整部の下流側における配管の中 途部に設けて液体に接する停留した空洞を形成する空洞形成部と、空洞内を加圧ま たは減圧する加減圧部を備え、加減圧部で空洞内を加圧または減圧することにより 液体の脱気または液体絵の気体の溶解を行うことによって、液体の脱気または液体 への気体の溶解を極めて安価な装置で連続処理として行えるとともに、十分な脱気 または気体の溶解を行える。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の実施形態に係る脱気 ·溶解装置 (脱気装置)の概略模式図である。

[図 2]空洞形成管に空洞が形成された状態の説明図である。

[図 3]図 2の X— X断面図である。

[図 4]空洞形成管に空洞が形成された状態の説明図である。

[図 5]図 4の Y— Y断面図である。

園 6]空洞形成管の他の実施形態の説明図である。

園 7]他の実施形態の脱気装置の概略模式図である。

園 8]図 1の脱気装置での油の脱気度の変化を示す脱気度推移グラフである。

[図 9] (a)空洞形成管に流れる液体の流量と第 2流路の圧力との相関関係を示すダラ フ、(b)空洞形成管に流れる液体の流量と第 1流路の圧力との相関関係を示すダラ フである。

[図 10]本発明の実施形態に係る脱気'溶解装置 (溶解装置)の概略模式図である。 園 11]他の実施形態の脱気 ·溶解装置の概略模式図である。

符号の説明

A 脱気装置

10 タンク

11 蓋

20 配管

21 流量センサ

22 流量制御弁

30 ポンプ

40 気体析出配管

41 第 1流路

42 第 2流路

43 第 3流路

44 第 1遮蔽体

45 第 2遮蔽体

46 剥離点

47 端面

48 空洞

49 貫通孔

50 真空ポンプ

52 開閉弁

53 圧力計

60 制御部

発明を実施するための最良の形態

[0021] 本発明の脱気 '溶解装置及び脱気 '溶解方法では、処理される液体が送給されて レ、る配管内でキヤビテーシヨンの一形態であるスーパーキヤビテーシヨンを生じさせる ことにより、配管内の所定位置に停留した空洞を生成し、この空洞内の圧力を真空状 態に近づけることにより、液体に溶け込んでいる気体を液体から空洞内に析出させて 気体の溶解度を低下させ、逆に、空洞内の圧力を所定の圧力とすることにより、この 圧力で平衡となる条件で液体に気体を溶解させて気体の溶解度を向上させているも のである。

[0022] このように、流体に接した空洞を利用して、液体からの気体の析出、または液体へ の気体の溶解を行うことにより、極めて容易に液体における気体の溶存率を調整する こと力 Sできる。

[0023] 特に、脱気'溶解装置は、液体を送給する配管と、この配管の中途部に設けて液体 を所定の流量で下流側に送給する流量調整部と、この流量調整部の下流側におけ る配管の中途部に設けて液体に接する停留した空洞を形成する空洞形成部と、空洞 内の圧力を調整する加減圧部とを備えている。

[0024] 空洞形成部には、流路内に設けて液体の流通面積を絞る遮蔽体により狭小とした 第 1の流路と、この第 1の流路の流通面積よりも大きい流通面積とした第 2の流路と、 この第 2の流路の流通面積よりは小さぐ第 1の流路の流通面積よりは大きい流通面 積とした第 3の流路を上流側からこの順で設けて、液体の送給にともなって第 2の流 路部分にスーパーキヤビテーシヨンに基づく空洞を形成している。

[0025] このように、第 2の流路部分に空洞を形成することにより、空洞と接する液体の接触 面積を大きくすることができ、液体からの気体の析出、または液体への気体の溶解を 効果的に行うことができる。

[0026] また、空洞形成部には、空洞に連通させた貫通孔を設けており、この貫通孔を介し て加減圧部と空洞とを連通連結させることにより、空洞内の圧力を容易に調整するこ とができる。

[0027] なお、空洞形成部では、前述したように単に第 1の流路と、第 2の流路と、第 3の流 路を設けただけでは、空洞形成部においてスーパーキヤビテーシヨンを生じさせるた めの液体の速度が極めて高速となって、多大なエネルギーを必要とすることとなるが 、空洞形成部に設けた遮蔽体に、いわゆる「剥離点」と呼ばれるキヤビテーシヨンの起 点を設けることにより、液体の流速が比較的低い状態でもスーパーキヤビテーシヨン を生じさて空洞を生じさせることができる。

[0028] 本発明の脱気 '溶解装置を用いて液体から気体を析出させる場合、すなわち、本 発明の脱気 '溶解装置を脱気装置として用いる場合には、脱気処理される液体はで きるだけ蒸気圧の低い液体であることが望ましい。蒸気圧の高い液体の場合には、ス 一パーキヤビテーシヨンで生成した空洞に液体が接触した際に液体の蒸発が生じ、 液体の減量が生じるおそれがある。ただし、液体の減量が生じても問題ない使用形 態の場合や、蒸発した液体を回収する回収構造を設けた場合には、蒸気圧の高い 液体に対して本発明の脱気 '溶解装置を脱気装置として用いることもできる。

[0029] 一方、本発明の脱気'溶解装置を用いて液体に気体を溶解させる場合、すなわち、 本発明の脱気 ·溶解装置を溶解装置として用いる場合には、加減圧部によって空洞 内の圧力を液体の蒸気圧よりも高い圧力とすることにより容易に溶解させることができ 、しかも、空洞内の圧力を調整することによって気体の溶解度を容易に調整できる。 特に、空洞形成部と加減圧部とによって気体が溶解された液体を貯留するタンクは 密閉型とすることにより他の気体との接触を抑制するとともに、タンク内を大気圧よりも 高い圧力とすることによって気体の溶解効率を向上させることができる。

[0030] 以下において、最初に、本発明の脱気 ·溶解装置を脱気装置として用いる場合に ついて説明し、次いで、溶解装置として用いる場合について説明する。なお、以下に おいては、本発明の脱気'溶解装置を、脱気処理を目的としている場合には単に脱 気装置と呼び、溶解処理を目的としている場合には単に溶解装置と呼ぶ。なお、溶 解装置は注気装置と呼ばれることもある。

[0031] 図 1に示すように、本発明の脱気装置 Aは、処理される液体を貯留するタンク 10と、 このタンク 10に両端をそれぞれ接続して周回状の流路を構成する配管 20と、この配 管 20の中途部に設けてタンク 10の液体を吸引して下流側に送給するポンプ 30と、配 管 20の中途部に設けて後述するように液体が接する空洞を形成する空洞形成部で ある空洞形成管 40と、この空洞形成管 40内に形成した空洞内を減圧する減圧手段 である真空ポンプ 50とで構成してレ、る。

[0032] さらに、脱気装置 Aには、ポンプ 30及び真空ポンプ 50の駆動制御を行う制御部 60を 設けており、この制御部 60でポンプ 30の駆動制御を行って配管 20内に所定の流量で 液体を送給させ、空洞形成管 40内に空洞を形成している。

[0033] タンク 10にはフロートタイプの蓋 11を設け、空洞形成管 40で脱気処理された液体が 配管 20を介してタンク 10に送り返された際に、タンク 10内で液体に気体が溶け込むこ とを抑止している。

[0034] ポンプ 30は、制御部 60によって制御されながら所定の流量で液体を下流側に送給 しており、特に、後述するように送給量が連続的に変更可能となっていることが望まし レ、。

[0035] 配管 20の中途部には、配管 20内における液体の流量を検出する流量センサ 21、及 び配管 20内における液体の流量を調整する流量調整弁 22を設けている。流量セン サ 21は、流量の検出信号を制御部 60に入力し、制御部 60では、流量センサ 21から入 力された信号に基づレ、て流量調整弁 22及びポンプ 30を制御して、配管 20内の液体 の流量を所定の流量としている。なお、流量センサ 21及び流量調整弁 22は、空洞形 成管 40の上流側に設けて、空洞形成管 40に所定の流量で液体を送給することにより 、空洞形成管 40に空洞を安定的に形成可能としている。

[0036] 流量の調整は、流量調整弁 22及びポンプ 30で行う場合に限定するものではなぐリ リーフ弁を設けて調整可能としてもよい。本実施形態では、流量センサ 21と、流量調 整弁 22と、ポンプ 30と、制御部 60とによって流量調整部を構成している。

[0037] 配管 20には、流量調整弁 22以外にも、液体を所定の流量で安定的に送給するため の脈動吸収用のアキュームレータや温度制御用の冷却器、フィルタ、安全弁などを 適宜設けてもよい。さらに、配管 20には、流量センサ 21だけでなく液体の温度を検出 する温度センサを設けて、液体の温度によって液体の粘度が大きく変化する場合に 、制御部 60で流量調整弁 22及びポンプ 30を制御してもよレ、。

[0038] 空洞形成管 40には、図 1に示すように、内側に向けて膨出した円筒絞り状の第 1遮 蔽体 44を設けて配管 20の流通面積よりも小さい流通面積とした第 1流路 41と、この第 1流路 41の流通面積よりも大きい流通面積とした第 2流路 42と、この第 2流路 42の流 通面積よりは小さぐ第 1流路 41の流通面積よりは大きい流通面積とした第 3流路 43 をこの順で上流側から設けている。

[0039] 本実施形態では、第 2流路 42は、配管 20の流路径と同一の流路径としている。また 、第 3流路 43部分にも内側に向けて膨出した円筒絞り状の第 2遮蔽体 45を設けて流 路径を絞っている。

[0040] 第 1流路 41、第 2流路 42、第 3流路 43はいずれも空洞形成管 40の長手方向と平行 に設けている。第 1流路 41、第 2流路 42、第 3流路 43の長さは、それぞれ脱気される 液体の粘性や流速に合わせて適宜な長さとすることができる。

[0041] 第 1遮蔽体 44には、第 1流路 41の上流側の端縁にキヤビテーシヨンを生じさせるた めの剥離点 46を設けている。

[0042] 剥離点 46は、本実施形態では、第 1膨出部 44の上流側の端面 47を空洞形成管 40 の長手方向に直交させて設けて、この端面 47と第 1流路 41の内周面とで形成される 直角状の角部で構成してレ、る。

[0043] このように、直角状の角部で剥離点 46を構成することによって、第 1流路 41内に送 給された液体を第 1流路 41の内周面から剥離させやすくすることができ、液体の流速 が比較的低い状態から剥離点 46の下流側に、図 2に示すように、スーパーキヤビテ ーシヨンによる空洞 48を生じさせることができる。図 3は、図 2の X—X断面図であって 、空洞 48は第 1流路 41の内周面に沿って形成され、流体 70は、第 1流路 41の中央を 通過することとなっている。

[0044] 剥離点 46の下流側は、配管 20の内径よりも小径の内径を有する第 1流路 41としてい ることによって、液体が第 1流路 41を通過する際における液体の流速を高めて流体の 動圧を低下させることができ、剥離点 46で生じさせたキヤビテーシヨンを十分に発達さ せてスーパーキヤビテーシヨンを発現させ、剥離点 46の下流側に空洞 48を生じさせる こと力 Sできる。

[0045] なお、剥離点 46の形状は直角状に限定するものではなぐたとえば先端が鋭角とな つた突起を設けてもよぐスーパーキヤビテーシヨンによる空洞 48を生じさせることがで きるのであれば、剥離点 46は先端が鈍角となった突起で構成してもよレ、。

[0046] 図 2に示すように、第 1流路 41内に空洞 48を生じさせた後、ポンプ 30または流量調 整弁 22による液体の流量をさらに増大させることによって、図 4に示すように、空洞 48 を第 2流路 42にまで拡大させることができる。図 5は、図 4の Y—Y断面図であって、空 洞 48は第 2流路 42の内周面に沿って形成され、流体 70は、第 2流路 42の中央を通過 することとなっている。

[0047] 空洞形成管 40の第 2流路 42部分には、第 2流路 42に連通連結した貫通孔 49を設け ており、この貫通孔 49を介して真空ポンプ 50で第 2流路 42に形成された空洞 48内の 空気を吸引可能としている。

[0048] すなわち、空洞形成管 40の貫通孔 49部分には吸引管 51の一端を接続するとともに 、真空ポンプ 50には吸引管 51の他端を接続して、吸引管 51を介して空洞形成管 40と 真空ポンプ 50とを連通連結してレ、る。

[0049] 図 1中、 52は吸引管 51に介設した開閉弁であって、第 2流路 42にスーパーキヤビテ ーシヨンによって空洞 48が形成されるまでの間、吸引管 51から真空ポンプ 50に液体 が流入することを防止している。この開閉弁 52は、制御部 60によって開閉制御してお り、第 2流路 42にスーパーキヤビテーシヨンによって空洞 48が形成される流速で液体 が送給され始めた後、真空ポンプ 50を作動させるとともに、開閉弁 52を閉弁状態から 開弁状態に切換えている。

[0050] 空洞形成管 40における貫通孔 49の配置は、スーパーキヤビテーシヨンによって生 成された空洞 48と貫通孔 49とが連通していればどこであってもよぐ例えば、図 6に示 すように、貫通孔 49'は第 1流路 41に連通連結させて設けてもよい。ただし、貫通孔 49 'を第 1流路 41に連通連結させて設けた場合には、貫通孔 49'の第 1流路 41側の端部 と、第 1流路 41内の液体までの距離が小さぐ流体を吸引するおそれがあるので、貫 通孔 49は第 2流路 42部分に設けて、貫通孔 49の端部から液体までの距離をできるだ け大きくすることが望ましい。

[0051] また、空洞 48はできるだけ大きく形成することにより、空洞 48と液体との接触面積を 増大させることができるので、液体からの気体の析出効率を向上させることができる。 [0052] 吸引管 51には、貫通孔 49と開閉弁 52との間に圧力計 53を装着し、この圧力計 53で 貫通孔 49内の圧力が低下したことを検出して、第 2流路 42部分に空洞 48が形成され た瞬間を検出可能としている。

[0053] このように構成した脱気装置 Aでは、ポンプ 30によって空洞形成管 40の上流側の配 管 20に所定の流量以上で液体が供給されると、図 2に示すように、最初に第 1流路 41 内に空洞 48が形成され、その後、液体の流速をさらに高めることによって空洞 48が拡 大し、図 4に示すように第 2流路 42内に空洞 48が形成される。

[0054] なお、第 2流路 42内に空洞 48が形成される前に、第 2流路 42内は、中間状態として 泡で満たされた状態となり、その泡がなくなるまで配管 20における液体の流速を高め ることによって第 2流路 42内に空洞 48を形成することができる。第 2流路 42内に空洞 4 8が形成された状態で、配管 20における液体の流速を一定に保っている。

[0055] 図 4に示すように、第 2流路 42を通過する液体は下流側に向けて拡開状に拡散しな がら送給され、第 3流路 43の流通面積を、第 2流路 42の流通面積よりは小さぐ第 1流 路 41の流通面積よりは大きくしておくことにより、拡散した液体を第 3流路 43に沿わせ やすくすることができ、液体を円滑に下流側に送給して、第 2流路 42内に閉じた空間 となった空洞 48を形成しやすくすることができる。

[0056] なお、第 3流路 43は、空洞形成管 40の長手方向に一定の流通面積のまま伸延した 流路とするのではなぐ本実施形態では、第 3流路 43の流通面積を、配管 20の流路 径と同一の流路径としている第 2流路 42の流通面積よりも小さくしているので、第 3流 路 43を下流側に向けて拡開させたテーパ状に形成して、第 3流路 43の内周面を配管 20の内周面に円滑に接続させてもよい。

[0057] 本実施形態の脱気装置 Aでは、空洞形成管 40の下流側にタンク 10を設けおり、こ のタンク 10が液体に作用していた動圧を開放する低動圧部として機能するので、空 洞形成管 40の下流側において液体を円滑に送流させることができ、第 1流路 41及び 第 2流路 42に空洞 48を形成しやすくすることができる。

[0058] なお、低動圧部は、タンク 10のように液体に作用していた動圧を完全に開放する形 態に限定するものではなぐ空洞形成管 40部分で液体に作用する動圧よりも動圧が 大きく低減できる流路面積の配管を空洞形成管 40の下流側に設けるだけでもよい。

[0059] このように、空洞形成管 40において空洞 48を形成すると、空洞 48の内部は、液体の 蒸気圧と溶解気体量で決まる極低圧 (数 hPa程度)状態となり、貫通孔 49から開閉弁 5 2に侵入してレ、た液体は空洞 48の極低圧作用によって吸い出されてレ、る。

[0060] さらに、空洞 48に接触した液体では、空洞 48との界面において圧力(蒸気圧)が著 しく低下していることによって、液体の気化が生じるとともに液体中に溶存していた気 体の析出が生じ、空洞 48には、液体の蒸気と、液体から析出した気体とが存在するこ ととなつている。なお、液体の蒸気圧が低い場合には、液体の蒸気の発生量は極め て微量である。

[0061] 空洞 48に析出された気体及び液体の蒸気は、開閉弁 52を開弁状態として真空ボン プ 50を作動させることによって空洞形成管 40の外部に排出され、空洞 48に析出した 気体が漸次除去されることにより空洞 48に析出した気体の液体への再溶解を防止し て、脱気することができる。

[0062] このように、脱気装置 Aでは、空洞形成管 40にスーパーキヤビテーシヨンによって生 成した空洞 48を利用して液体に溶存している気体を析出させ、析出した気体を真空 ポンプ 50で逐次排出することにより連続的な脱気を行うことができる。

[0063] 本実施形態の脱気装置 Aでは、配管 20によって液体を循環させる循環流路を形成 し、この配管 20に介設した 1つの空洞形成管 40で脱気を行っているが、図 7に模式的 に示すように、液体の送給量を調整可能とした第 1ポンプ 30-1と、第 1空洞形成管 40 -1と、第 1タンク 10-1とで第 1脱気部 alを構成し、さらに、同様に液体の送給量を調整 可能とした第 2ポンプ 30-2と、第 2空洞形成管 40-2と第 2タンク 10-2とで第 2脱気部 a2 を構成し、第 1脱気部 alと第 2脱気部 a2とを直列接続することによって、第 1脱気部 al と第 2脱気部 a2とで連続的に脱気を行うことにより、単位時間当たりの脱気処理能力 を向上させることができる。

[0064] ここで、第 1脱気部 alと第 2脱気部 a2では、第 1空洞形成管 40-1に接続する真空ポ ンプ 50'と、第 2空洞形成管 40-2に接続する真空ポンプ 50'とを共用して、設備コストの 低減を図っている。

[0065] さらに単位時間当たりの脱気処理能力を向上させたい場合には、第 1脱気部 alと第

2脱気部 a2の二段の直列接続とするだけでなぐ多段の直列接続とすることによって

処理能力の向上を図ることができる。

[0066] また、少なくともポンプと、空洞形成管と、タンクなどの低動圧部とで構成される脱気 部を多段に直列接続した場合には、蒸気圧の異なる液体の分離を行うこともできる。 具体的には、水が混じった油からの水の除去処理などに用いることができる。

[0067] 本発明の脱気装置 Aで蒸気圧の高い液体を循環させた場合には、真空ポンプ 50 から排出される気体を、液体を気化させた気体とすることができ、気化装置として利用 することも可能である。

[0068] 具体例として、液体を油とし、総量 25リットルの油を図 1に示した脱気装置 Aで処理 した場合の脱気度の変化を図 8に示す。

[0069] ここで、空洞形成管 40には、円筒絞りで構成した第 1遮蔽体 44によって内径を 2mm 、長さ 25mmとした第 1流路 41と、内径を 18. 5mm、長さ 147mmとした第 2流路 42と 、第 3遮蔽体 43によって内径を 9. 5mm,長さ 26mmとした第 3流路 43を設けている。

[0070] 配管 20の内径は 18. 5mmとし、そして、空洞形成管 40の上流側の圧力である上流 圧は 7MPaとし、空洞形成管 40の下流側における第 3流路 43の出口圧力を大気圧と して、油の流量を約 250cc/sとした。なお、油の液温は配管 20に介設したオイルクー ラによって 25°Cに維持した。なお、油の場合には、蒸気圧が極めて低いので、空洞 4 8内に油の蒸気が生じることはほとんどない。

[0071] 図 8に示すように、 30分で約 60%まで脱気が進み、その後時間の経過にともなって 脱気が進行し、 3時間の経過後には脱気度は 80 %であつた。

[0072] なお、図 9 (a)に示す液体の流量における第 2流路 42内の圧力相関のグラフ、及び 図 9 (b)に示す液体の流量における第 1流路 41内の圧力相関のグラフのように、本実 施形態の場合では、液体の流量を増大させると、約 150cc/sの第 1の閾値に達する 流量で図 2に示すように第 1流路 41内に空洞 48が形成され、さらに流量を増大させて 約 245cc/sの第 2の閾値に達する流量で図 4に示すように空洞 48を第 2流路 42内に まで拡張させて形成できる。

[0073] このように空洞 48が一旦形成された後は、液体の流量を減少させて第 2の閾値より も小さい流量としても第 2流路 42内の空洞 48を維持することができ、本実施形態では 約 160cc/sの第 3の閾値よりも小さい流量とすると、第 2流路 42内の空洞 48が消滅す る。

[0074] さらに、液体の流量を減少させて約 125cc/sの第 4の閾値よりも小さい流量とすると 、第 1流路 41内の空洞 48も消滅する。

[0075] このように、空洞 48がー且形成された後は、液体の流量を減少させても第 2流路 42 内に空洞 48を存在させることができるので、脱気装置 Aでは、液体の流量を第 2の閾 値以上の流量として第 2流路 42内に空洞 48を形成した後、液体の流量を第 3の閾値 より小さくならない程度に絞り、ポンプ 30が高負荷状態となることを抑制している。

[0076] したがって、脱気装置 Aで使用するポンプは、連続的に高出力である必要はなぐ 瞬間的に所要の高出力で駆動させることが可能であればよいので、比較的安価なポ ンプを用いることができ、脱気装置 Aの製造コストを低減させることができる。

[0077] 次に、溶解装置について説明する。なお、溶解装置では、図 10に示すように、前述 した脱気装置 Aのうち、真空ポンプ 50の代わりに空洞形成管 40に設けた貫通孔 49に 加圧手段として減圧弁 81を介して気体ボンべ 80を接続しているものであり、脱気装置 Aと同一構成部分については同一符号を用い、重複する説明は省略する。

[0078] 図 10に示すように、本発明の溶解装置は、処理される液体を貯留するタンク 10'と、 このタンク 10'に両端をそれぞれ接続して周回状の流路を構成する配管 20と、この配 管 20の中途部に設けてタンク 10'の液体を吸引して下流側に送給するポンプ 30と、配 管 20の中途部に設けて後述するように液体が接する空洞を形成する空洞形成部で ある空洞形成管 40と、この空洞形成管 40内に形成した空洞内に送給する気体を封 入した気体ボンべ 80とで構成してレ、る。

[0079] 溶解装置でも、ポンプ 30の駆動制御を行う制御部 60を設けており、この制御部 60で ポンプ 30の駆動制御を行って配管 20内に所定の流量で液体を送給させ、空洞形成 管 40内に空洞を形成している。

[0080] 配管 20の中途部には、配管 20内における液体の流量を検出する流量センサ 21、及 び配管 20内における液体の流量を調整する流量調整弁 22を設けている。

[0081] 空洞形成管 40には、内側に向けて膨出した円筒絞り状の第 1遮蔽体 44を設けて配 管 20の流通面積よりも小さい流通面積とした第 1流路 41と、この第 1流路 41の流通面 積よりも大きい流通面積とした第 2流路 42と、この第 2流路 42の流通面積よりは小さく 、第 1流路 41の流通面積よりは大きい流通面積とした第 3流路 43をこの順で上流側か ら設け、第 1遮蔽体 44には、第 1流路 41の上流側の端縁にキヤビテーシヨンを生じさ せるための剥離点 46を設けている。

[0082] さらに、空洞形成管 40の第 2流路 42部分には、第 2流路 42に連通連結した貫通孔 4 9を設けており、この貫通孔 49を介して気体ボンべ 80から供給された気体を空洞 48内 に導入可能としている。

[0083] すなわち、空洞形成管 40の貫通孔 49部分には送気管 51'の一端を接続するととも に、気体ボンべ 80には送気管 51'の他端を接続して、送気管 51 'を介して空洞形成管 40と気体ボンべ 80とを連通連結してレ、る。

[0084] 特に、送気管 51'には減圧弁 81を介設して、この減圧弁 81で気体ボンべ 80から送給 される気体の圧力を所定の圧力に調整している。本実施形態では、減圧弁 81と気体 ボンべ 80とを加圧手段とする加減圧部を構成しており、減圧弁 81は制御部 60によつ て制御されて、空洞 48に送気する気体の圧力を適宜調整可能としてもよい。なお、加 圧手段としては、減圧弁 81と気体ボンべ 80に限定するものではなぐ適宜の気体の 生成器を加圧手段としてもよいし、例えば液体に空気を溶存させるのであれば単なる ダイヤフラムポンプなどのポンプを加圧手段として用いてもよい。

[0085] 送気管 51 'には開閉弁 52を介設し、第 2流路 42にスーパーキヤビテーシヨンによって 空洞 48が形成されるまでの間、送気管 51'から減圧弁 81に液体が流入することを防止 している。この開閉弁 52は、制御部 60によって開閉制御しており、第 2流路 42にスー パーキヤビテーシヨンによって空洞 48が形成される流速で液体が送給され始めた後、 閉弁状態から開弁状態に切換えている。

[0086] 空洞形成管 40における貫通孔 49の配置は、スーパーキヤビテーシヨンによって生 成された空洞 48と貫通孔 49とが連通していればどこであってもよぐ例えば、図 6に示 すように、貫通孔 49'は第 1流路 41に連通連結させて設けてもよい。また、空洞 48はで きるだけ大きく形成することにより、空洞 48と液体との接触面積を増大させることがで きるので、液体への気体の溶解効率を向上させることができる。

[0087] 送気管 51'には、貫通孔 49と開閉弁 52との間に圧力計 53を装着し、この圧力計 53で 貫通孔 49内の圧力が低下したことを検出して、第 2流路 42部分に空洞 48が形成され た瞬間を検出可能としている。

[0088] このように構成した溶解装置では、ポンプ 30によって空洞形成管 40の上流側の配 管 20に所定の流量以上で液体が供給されると、図 2に示すように、最初に第 1流路 41 内に空洞 48が形成され、その後、液体の流速をさらに高めることによって空洞 48が拡 大し、図 4に示すように第 2流路 42内に空洞 48が形成される。

[0089] 空洞形成管 40において空洞 48が形成されると、空洞 48の内部は、液体の蒸気圧と 溶解気体量で決まる極低圧 (数 hPa程度)状態となっており、この状態における空洞 4 8内の圧力よりも高い圧力として気体ボンべ 80から空洞 48に気体を送気することにより 、液体に気体ボンべ 80から供給された気体を溶解させることができる。

[0090] 空洞形成管 40では、気体ボンべ 80からの気体の供給にともなって微小な気泡を含 んだ液体が生成され、下流側へと送給されている。この気泡内の気体は気体ボンべ 8 0から供給された気体であって、微小な気泡となることによって液体と気体との接触面 積が著しく増大して、液体への気体の溶解効率を向上させることができる。

[0091] さらに、本実施形態では、タンク 10'は図示しないリリーフ弁を備えた密閉タンクとす るとともに、減圧弁 81の下流側の送気管 51 'から分岐させた分岐配管 54の端部をタン ク 10'内の中空空間 12に接続して、タンク 10'内にも気体ボンべ 80から気体を送給し、 タンク 10'内を加圧するとともに、気体ボンべ 80から送給された気体による雰囲気とす ることにより、液体への気体の溶解効率を向上させることができる。なお、タンク 10'に 接続する分岐配管 54の端部をタンク 10'の液体中に浸漬させて、分岐配管 54から送 気された気体で液体のバブリングを行ってもよい。

[0092] 気体ボンべ 80から送気する気体の圧力を調整している減圧弁 81では、大気圧以上 の圧力として気体を送気することにより、液体への気体の溶解効率を向上させること ができる。

[0093] なお、液体に対して所要の気体の溶解処理を行う場合には、液体はあらかじめ脱 気されていることが望ましい。

[0094] そこで、他の実施形態として、図 12に示すように、空洞形成管 40の貫通孔 49部分 に一端を接続した連結管 51"に切替弁 90を設けるとともに、この切替弁 90で第 1連結 管 51"-1と第 2連結管 51"-2とに分岐させて、第 1連結管 5 '_1に気体ボンべ 80を連通 連結させ、第 2連結管 5 '-2に真空ポンプ 50を連通連結させることにより、最初は、切 替弁 90によって空洞 48に真空ポンプ 50を連通連結させた状態として液体の脱気処 理を行い、その後、切替弁 90の切替え操作によって空洞 48に減圧弁 81を介して気体 ボンべ 80を連通連結させた状態として気体の溶解処理を行ってもよい。

[0095] このように、加減圧部には、加圧手段とともに減圧手段を設けておくことにより、切替 弁 90による切替え操作によって、脱気装置としても気体の溶解装置としても機能させ ること力 Sできる。

[0096] このような溶解装置を用いれば、例えば食品加工に用いる水においては、最初は 脱気処理を行って水中に溶存した酸素を除去し、その後、気体の溶解処理によって 窒素を溶解させることにより低酸素水を生成することができる。

[0097] このように低酸素水とすることによって、水に溶存した酸素によって食品の酸化によ る劣化が生じることを防止でき、例えば漬け物や豆腐などのように水に浸漬した状態 で取り扱われる製品において品質低下が生じにくぐし力も保存性を向上させること ができる。

[0098] なお、低酸素水において窒素を溶解させているのは保存性を向上させるためであ る。

産業上の利用可能性

[0099] 本発明の脱気 ·溶解装置及び脱気 ·溶解方法では、脱気処理または溶解処理を連 続処理として行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。特に、脱気装置と して用いるのであれば、例えば、油圧回路に組み込んで油の連続的な脱気を行うこ とができる。また、溶解装置として用いるのであれば、液体の送給管の中途部に設け て液体に所要の気体を溶解させて機能性を付与した液体の連続的な供給を可能と すること力 Sできる。