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公開番号2025155040
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024058355
出願日2024-03-30
発明の名称ガスエジェクションノズル、ガス溶解装置及びガス溶解方法
出願人株式会社アクアフューチャー研究所,中島産業株式会社,ノリタケ株式会社
代理人個人
主分類B01F 25/312 20220101AFI20251003BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】キャビテーションねじ部材の使用によりガス溶解能力を高く維持しつつガスの自吸能力にも優れたガスエジェクションノズルと、それを用いたガス溶解装置及びガス溶解方法を提供する。
【解決手段】ガスエジェクションノズル1は、一端に液体入口3を、他端に液体出口4を有する単一の液体流路11が形成され、液体入口3よりも径小となるように液体流路11の途中に絞り部9が形成されたノズル本体2と、絞り部9内に配置され、キャビテーションねじ部材10と、液体流路11の一部をなす形で絞り部9の下流側に接続するとともに、液体出口4に向け軸断面積が連続的又は段階的に拡大するガス溶解拡径部13とを備える。ノズル本体2のガス導入孔6が、絞り部9内に位置する全てのキャビテーションねじ部材10よりも下流側にて絞り部9又はガス溶解拡径部13に連通するとともに、ノズル本体2の外部と液体流路11とを接続するように形成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
一端に液体入口を、他端に液体出口を有する単一の液体流路が形成され、前記液体入口よりも径小となるように前記液体流路の途中に絞り部が形成されたノズル本体と、
前記絞り部内に配置され、ねじ山ピッチが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、ねじ谷深さが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、呼び径が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のねじ部が外周面に形成されたキャビテーションねじ部材と、
前記液体流路の一部をなす形で前記絞り部の下流側に接続するとともに、前記液体出口に向け軸断面積が連続的又は段階的に拡大するガス溶解拡径部とを備え、
前記ノズル本体がガス導入孔を備え、該ガス導入孔が、前記絞り部内に位置する全ての前記キャビテーションねじ部材よりも下流側にて前記絞り部又は前記ガス溶解拡径部に連通するとともに、前記ノズル本体の外部と前記液体流路とを接続するように形成されたことを特徴とするガスエジェクションノズル。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記キャビテーションねじ部材は、前記絞り部の軸断面のあらかじめ定められた１つの直径に沿って、前記絞り部内に位置する前記ねじ部材の脚部長が前記絞り部の半径よりも大きくなるように配置されている請求項１記載のガスエジェクションノズル。
【請求項３】
前記キャビテーションねじ部材は、前記絞り部内に位置する前記脚部が前記絞り部の軸断面の前記直径の全域にまたがるように配置されている請求項２記載のガスエジェクションノズル。
【請求項４】
前記絞り部は、前記液体出口を開放として前記液体入口に対し動水圧０．１ＭＰａにて水を供給したとき、流量が１Ｌ／分以上３５Ｌ／分以下、キャビテーションねじ部材の配置位置における平均流速が９ｍ／秒以上となるよう、前記軸断面の内径が２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の範囲内にて定められる請求項１に記載のガスエジェクションノズル。
【請求項５】
前記ガス溶解拡径部は前記絞り部から下流側に遠ざかるほど軸断面積が連続的に拡大するテーパ面として形成され、前記ガス導入孔は、前記絞り部内に位置する前記キャビテーションねじ部材の外周面の下流側縁から、前記ガス溶解拡径部の内周面上にて断面径が前記絞り部の内径の１．５倍となる位置に至る区間内にて前記液体流路に連通する請求項１記載のガスエジェクションノズル。
【請求項６】
前記テーパ面をなす前記ガス溶解拡径部は、内周面の前記絞り部の中心線に対する勾配角をθとしたとき、ｔａｎθが０．０４以上０．１４以下の勾配区間が前記ガス溶解拡径部の区間長の９０％以上を占めるように形成されている請求項５記載のガスエジェクションノズル。
【請求項７】
前記ノズル本体に対しノズル出口側を開放状態にて通水するときの、動水圧値と前記ガス導入孔に生ずる吸引負圧との関係を示す負圧動水圧特性曲線において、前記吸引負圧の値が－０．０７ＭＰａ以下となるための臨界動水圧値が０．０７ＭＰａ以下である請求項６記載のガスエジェクションノズル。
【請求項８】
前記ノズル本体に対しノズル出口側を開放状態にて通水するときの、前記絞り部の平均流速値と前記ガス導入孔に生ずる吸引負圧との関係を示す負圧流速特性曲線において、前記吸引負圧の値が－０．０７ＭＰａ以下となるための臨界流速値が１３ｍ／秒以下である請求項６記載のガスエジェクションノズル。
【請求項９】
前記ノズル本体に通水するときの動水圧値と前記ガス導入孔に生ずる吸引負圧との関係を示す負圧動水圧特性曲線において、前記吸引負圧の値が－０．０９ＭＰａ以下となるための臨界動水圧値が０．０９ＭＰａ以下である請求項６記載のガスエジェクションノズル。
【請求項１０】
前記ノズル本体に通水するときの前記絞り部の平均流速値と前記ガス導入孔に生ずる吸引負圧との関係を示す負圧流速特性曲線において、前記吸引負圧の値が－０．０９ＭＰａ以下となるための臨界流速値が１４ｍ／秒以下である請求項６記載のガスエジェクションノズル。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明はガスエジェクションノズルと、それを用いたガス溶解装置及びガス溶解方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
気液混合を行なうためのガスエジェクションノズルとして、ベンチュリエジェクタ（特許文献１及び２）が知られている。これらガスエジェクションノズルは流路の途中に絞り部を設け、該絞り部かその直下位置にガス導入孔を設け、絞り部にて高速化する液体流に供給されたガスを巻き込んで混合するようにする。これらガスエジェクションノズルは絞り部内に障害物が存在せず圧損が比較的小さいため、絞りに生ずる減圧作用によりガスを自吸しやすい利点がある。一方、特許文献３には、ベンチュリ形状のノズル本体の絞り部にねじ部材を立設し、ねじ部材の下流に生ずるキャビテーション乱流にガスを巻き込んで混合するガスエジェクションノズルが開示されている。該ガスエジェクションノズルはキャビテーション乱流による気液混合効果が大きいため、比較的低い液体供給圧力が採用されている場合にも高い液体溶解能力を発揮できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－０８５２３７号公報
特開２０２３－０６６０８１号公報
ＷＯ２０１６／１９５１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１～３が開示するベンチュリエジェクタやオリフィスエジェクタは、ガスの自吸能力を十分発揮させるために高い液体流速値が必要であり、圧力抵抗の大きい絞り部に十分な液体流速を確保するために液体供給圧力を相当高く設定しなければならない。結果、ポンプ等の送液部の大型化が避けられない欠点がある。
【０００５】
また、特許文献３が開示するガスエジェクションノズルについては、キャビテーションポイントを形成するためのねじ部材の上流にガス導入孔が開口している。この構造の場合、以下のような問題を生じる。
（１）ねじ部材に液体流が衝突する際の背圧がガス導入孔に強く作用するため、ガスを自吸することが全くできない。実際、特許文献３に開示されている炭酸ガス溶解試験においては、送液圧（０．１ＭＰａ）よりも高い圧力（０．２ＭＰａ）にてガス導入孔に炭酸ガスを強制圧入している。よって、ガス圧送のためのボンベやポンプが不可欠となり、使用形態が限定される問題がある。
（２）液体だけでなくガスもねじ部材の上流側から供給されるので、液体は粗大な気泡との混相状態でねじ部材を通過し、粗大気泡と接触するねじ谷がキャビテーションポイントとして機能できなくなる。その結果、液体だけを流通させた場合と比較してキャビテーション乱流が生じにくくなり、ガス溶解効率の低下を招きやすい。
【０００６】
本発明の課題は、キャビテーションねじ部材を使用しつつもガスの自吸能力に優れ、高いガス溶解能力を実現できるガスエジェクションノズルと、それを用いたガス溶解装置及びガス溶解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために本発明のガスエジェクションノズルは、一端に液体入口を、他端に液体出口を有する単一の液体流路が形成され、液体入口よりも径小となるように液体流路の途中に絞り部が形成されたノズル本体と、
絞り部内に配置され、ねじ山ピッチが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、ねじ谷深さが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、呼び径が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のねじ部が外周面に形成されたキャビテーションねじ部材と、
液体流路の一部をなす形で絞り部の下流側に接続するとともに、液体出口に向け軸断面積が連続的又は段階的に拡大するガス溶解拡径部とを備え、
ノズル本体がガス導入孔を備え、該ガス導入孔が、絞り部内に位置する全てのキャビテーションねじ部材よりも下流側にて絞り部又はガス溶解拡径部に連通するとともに、ノズル本体の外部と液体流路とを接続するように形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のガス溶解装置は、一端に液体入口を、他端に液体出口を有する単一の液体流路が形成され、液体入口よりも径小となるように液体流路の途中に絞り部が形成されたノズル本体と、絞り部内に配置され、ねじ山ピッチが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、ねじ谷深さが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、呼び径が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のねじ部が外周面に形成されたキャビテーションねじ部材と、液体流路の一部をなす形で絞り部の下流側に接続するとともに、液体出口に向け軸断面積が連続的又は段階的に拡大するガス溶解拡径部とを備え、ノズル本体がガス導入孔を備え、該ガス導入孔が、絞り部内に位置する全てのキャビテーションねじ部材よりも下流側にて絞り部又はガス溶解拡径部に連通するとともに、ノズル本体の外部と液体流路とを接続するように形成されたガスエジェクションノズルと、ノズル本体の液体入口に液体を送液する送液部と、ノズル本体のガス導入孔にガスを供給するガス供給部と、を備え、液体流路内にてキャビテーションねじ部材よりも下流に生ずる負圧に基づきガス導入孔を通じてガスを液体内に吸引しつつ、ガス溶解拡径部内に生ずる乱流に巻き込んで溶解することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明のガス溶解方法は、一端に液体入口を、他端に液体出口を有する単一の液体流路が形成され、液体入口よりも径小となるように液体流路の途中に絞り部が形成されたノズル本体と、絞り部内に配置され、ねじ山ピッチが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、ねじ谷深さが０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、呼び径が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下のねじ部が外周面に形成されたキャビテーションねじ部材と、液体流路の一部をなす形で絞り部の下流側に接続するとともに、液体出口に向け軸断面積が連続的又は段階的に拡大するガス溶解拡径部とを備え、ノズル本体がガス導入孔を備え、絞り部内に位置するキャビテーションねじ部材よりも下流側にて絞り部又はガス溶解拡該ガス導入孔が、径部に連通するとともに、ノズル本体の外部と液体流路とを接続するように形成されたガスエジェクションノズルのノズル本体の液体入口に液体を送液する一方、ノズル本体のガス導入孔にガスを供給し、液体流路内にてキャビテーションねじ部材よりも下流に生ずる負圧に基づきガス導入孔からのガスを液体内に吸引しつつ、ガス溶解拡径部内に生ずる乱流に巻き込んで溶解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明のガスエジェクションノズルは、キャビテーションねじ部材の使用によりガス溶解能力を高く維持しつつガスの自吸能力にも優れる。また、本発明のガス溶解装置及びガス溶解方法は、上記本発明のガスエジェクションノズルを用いることにより、液体にガスを高効率にて溶解できる。特に、ガスを圧送するためのボンベやポンプを用いずとも気液混合を容易に行なうことができるようになり、使用形態の拡大が可能である。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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