JP7808017B2 - 脱気装置 - Google Patents

Description

本発明は、脱気装置に関する。

従来、液体中の溶存気体を液体から除去する方法として、様々な技術が知られている。例えば、特許文献１および２には、二酸化炭素が溶解した被処理水をノズルから噴霧することにより、被処理水から二酸化炭素を除去する技術が開示されている。また、特許文献３および４には、魚介類の飼育水に空気等を吹き込むことにより、飼育水に含まれる魚介類の排出ガスを除去する技術が開示されている。

特開２０１２－１２０９９３号公報 特開平７－１７８３８７号公報 特開平５－３７３５号公報 特許第６８５８９９６号公報

しかしながら、溶存気体を含む液体をノズルから噴霧する技術では、ノズルの閉塞が生じやすく、メンテナンスに要する労力が大きいという問題がある。また、溶存気体を含む液体に空気等を吹き込む技術では、散気管等の空気吹き込み部に汚れが蓄積しやすく、メンテナンスに要する労力が大きいという問題がある。本発明の一態様は、メンテナンスに要する労力を低減できる脱気装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る脱気装置は、液槽に溜められた液体の液面上方に配置され、溶存気体を含む前記液体を前記液面上方から吐出する吐出口と、前記吐出口と前記液面との間に配置され、前記吐出口から吐出された前記液体を衝突させて該液体を飛散させたうえで前記液面に落下させる衝突板と、を備える。

本発明の一態様によれば、メンテナンスに要する労力を低減できる脱気装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る脱気装置を示す概略正面図である。 図１に係る脱気装置の衝突板の設置態様の一例を示す分解図である。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る脱気装置１を示す概略正面図である。図１において、上から下へ向かう方向が鉛直方向ＶＤを意味する。

〔脱気装置の構成〕
図１に示すように、脱気装置１は、液槽Ｌ１に溜められた液体Ｌ２を脱気するために使用することができる。脱気装置１は、吐出口１０と、衝突板２０と、を備える。脱気装置１は、ポンプ３０を更に備えていてもよく、ポンプ３０に配管４０が接続されていてもよい。図示の例では、吐出口１０は、配管４０におけるポンプ３０と逆側の出口として形成されている。

液槽Ｌ１は、生物、例えば魚類を飼育するための水槽であってよい。この場合、液体Ｌ２は、例えば海水または淡水であってもよい。液槽Ｌ１内で生物が飼育される場合、液槽Ｌ１に溜められた液体Ｌ２において、生物の代謝により、二酸化炭素濃度が上昇することがある。

本実施形態に係る脱気装置１は、例えば液体Ｌ２に含まれる二酸化炭素を脱気するために使用される。ただし、本発明はこれに限定されず、脱気装置１を、例えば二酸化炭素以外の溶存気体を液体Ｌ２から脱気するために使用してもよい。

吐出口１０は、液体Ｌ２の液面Ｌ３の上方に配置され、溶存気体を含む液体Ｌ２を液面上方から吐出する。図示の例では、脱気装置１は、複数の吐出口１０を備える。脱気装置１は、例えば２８個の吐出口１０を備えるが、脱気装置１が備える吐出口は、２７個以下であってもよく、２９個以上であってもよい。吐出口１０の数が多いほど、脱気装置１の脱気効率を高めることができる。ただし、本発明はこれに限定されず、脱気装置１が備える吐出口１０は、１つのみであってもよい。

衝突板２０は、吐出口１０と液面Ｌ３との間に配置され、吐出口１０から吐出された液体Ｌ２を衝突させて液体Ｌ２を飛散させたうえで液面Ｌ３に落下させる。図１の例では、脱気装置１は、２枚の衝突板２０を備える。ただし、本発明はこれに限定されず、脱気装置１は、１枚または３枚以上の衝突板２０を備えていてもよい。

上記構成によれば、吐出口１０から吐出された液体Ｌ２を衝突板２０に衝突させて飛散させることにより、液体Ｌ２と空気との接触面積を増加させ、溶存気体を液体Ｌ２から脱気することができる。このように、脱気装置１では、衝突板２０を用いて溶存気体を脱気するため、従来のようなノズルの閉塞等が生じない。したがって、上記構成によれば、メンテナンスに要する労力を低減できる脱気装置１を実現することができる。

図１に示すように、吐出口１０と衝突板２０の上面との鉛直方向ＶＤにおける間隔ｄ１は、衝突板２０の下面と液面Ｌ３との鉛直方向ＶＤにおける間隔ｄ２以上であってもよい。上記構成では、吐出口１０と衝突板２０との間隔ｄ１を相対的に大きくすることにより、吐出口１０から吐出された液体Ｌ２が衝突板２０に衝突するときの衝突速度が上昇し、液体Ｌ２が飛散し易くなる。したがって、上記構成によれば、溶存気体の脱気効率を高めることができる。

衝突板２０に衝突して飛散した後、液面Ｌ３に到達する時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ１）と、吐出口１０から吐出される時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ２）との比率（Ｃ１／Ｃ２）は、所定の範囲内であってよい。例えば、比率Ｃ１／Ｃ２は、８０％以下であってもよく、好ましくは７０％以下であってもよく、更に好ましくは６０％以下であってもよい。上記構成によれば、液体Ｌ２からの溶存気体の脱気効率を高めることができる。

衝突板２０は、略水平方向、つまり液面Ｌ３と平行に設置されていてもよい。このような構成では、衝突板２０に衝突した後の液体Ｌ２が飛散し易くなるので、液体Ｌ２と空気との接触面積を増加させ、溶存気体の脱気効率を高めることができる。

あるいは、衝突板２０は、液面Ｌ３に対して傾くように設置されていてもよい。このような構成では、衝突板２０に蓄積する固体不純物が液面Ｌ３へと落下し易くなるので、衝突板２０に蓄積する固体不純物の量を減少させることができる。

図２は、衝突板２０の設置態様の一例を示す分解図である。図２に示すように、衝突板２０は、複数の貫通孔２１が形成された多孔板であってもよい。上記構成によれば、液体Ｌ２が固体不純物を含む場合であっても、固体不純物のうちの少なくとも一部が貫通孔２１を通過できるので、衝突板２０上に蓄積する固体不純物の量を減少させることができる。したがって、衝突板２０の清掃頻度を低下させることができる。固体不純物の例としては、生物の糞および残餌等が挙げられる。

複数の貫通孔２１の総開口面積が衝突板２０の面積に対する比率（以下、「開口面積率」と略記）は、例えば０．２０％以上であってもよく、好ましくは０．４０％以上であってもよく、更に好ましくは０．６０％以上であってもよい。開口面積率が高い程、衝突板２０上に蓄積する固体不純物の量を減少させることができる。

また、開口面積率は、例えば５．０％以下であってもよく、好ましくは３．０％以下であってもよく、更に好ましくは１．０％以下であってもよい。開口面積率が低い程、溶存気体の脱気効率を高めることができる。

貫通孔２１の直径は、例えば２．０ｍｍ以上であってもよく、好ましくは４．０ｍｍ以上であってもよく、更に好ましくは６．０ｍｍ以上であってもよい。貫通孔２１の直径が大きい程、衝突板上に蓄積する固体不純物の量を減少させることができる。

貫通孔２１の直径は、例えば１２ｍｍ以下であってもよく、好ましくは１０ｍｍ以下であってもよく、更に好ましくは８．０ｍｍ以下であってもよい。貫通孔２１の直径が小さい程、溶存気体の脱気効率を高めることができる。

衝突板２０は、透明または半透明であってもよい。この場合、衝突板２０の上面および下面の汚損状況を視認することができる。衝突板２０の材質は、例えば透明な塩化ビニルまたはポリカーボネートであってもよい。

衝突板２０は、架台２６の上に、メッシュ２４を介して取り付けられていてもよい。衝突板２０は、メッシュ２４に対して、例えば結束バンド（図示せず）により固定されていてもよい。衝突板２０が多孔板である場合、メッシュ２４の網目は、衝突板２０に形成されている貫通孔２１よりも大きいことが好ましい。上記の構成によれば、貫通孔２１を通過した液体Ｌ２の流れが滞り難くなるため、メッシュ２４を設置したことに伴う液体Ｌ２の循環効率の低下を抑えることができる。なお、本発明に係る衝突板２０の設置態様は図２に示す例に限定されず、衝突板２０は他の設置態様により設置されていてもよい。

なお、衝突板２０は、平らな板、または貫通孔２１を有する多孔板に限定されない。衝突板２０は、上方から落とした液体Ｌ２を弾いて飛散させることが目的であることから、液体Ｌ２を弾くことができるものであればよい。衝突板２０は、例えば凹凸板、波板または湾曲板等であってもよい。その他、衝突板２０は、例えば複数の丸棒または角棒を板状に並べて連結したものであってもよい。

図１に示すように、ポンプ３０は、液槽Ｌ１に溜められた液体Ｌ２を吐出口１０へ送る装置である。ポンプ３０としては、既知のポンプを使用することができる。図１の例では、脱気装置１は１台のポンプ３０を備えるが、本発明はこれに限定されず、脱気装置１は２台以上のポンプ３０を備えてもよい。

ポンプ３０の吐出量は、液槽Ｌ１の容量等に応じて、適宜変更することができる。また、液槽Ｌ１内で生物が飼育される場合には、液槽Ｌ１内で飼育される生物の数および生物の体重に応じて、ポンプ３０の吐出量を変更してもよい。

例えば、液槽Ｌ１の容量が１００ｍ^３以上５００ｍ^３以下である場合、複数の吐出口１０から吐出される液体Ｌ２の単位時間あたりの総吐出量は１００ｍ^３/時以上５００ｍ^３/時以下であってもよい。上記構成によれば、液槽Ｌ１内の液体Ｌ２を循環させつつ、衝突板２０により溶存気体を効率的に脱気することができる。ポンプ３０の１台あたりの吐出量は、上記総吐出量を満たすように、ポンプ３０の数に応じて適宜変更してもよい。

また、液体Ｌ２から二酸化炭素を脱気する場合、脱気される単位時間あたりの二酸化炭素量は５０ｋｇ／時以上２５０ｋｇ／時以下であってもよい。上記構成によれば、脱気装置１を例えば魚の養殖等に好適に適用することができる。ただし、本発明はこれに限定されず、脱気装置１を魚の養殖以外に適用してもよい。

配管４０は、ポンプ３０に接続されている。配管４０としては、既知の配管を使用することができる。吐出口１０は、例えば配管４０におけるポンプ３０と逆側の端部に位置するエルボ配管の出口として、鉛直方向ＶＤ下向きになるように形成されていてもよい。この場合、エルボ配管におけるポンプ３０側には、バルブ（図示せず）が設けられていてもよい。上記構成によれば、液体Ｌ２を吐出する吐出口１０の数を容易に変更することができる。したがって、複数の吐出口１０から吐出される液体の総吐出量が少ない場合であっても、それぞれの吐出口１０から吐出される液体Ｌ２の液圧を高くすることができ、溶存気体の脱気効率を高めることができる。

〔脱気装置の動作〕
脱気装置１を使用して液体に含まれる溶存気体を脱気させるときの動作を以下に説明する。まず、ポンプ３０の運転を開始すると、ポンプ３０は液槽Ｌ１に溜められた液体Ｌ２を吸い込み、配管４０内へ送る。ポンプ３０によって配管４０内へ送られた液体Ｌ２は、配管４０内を移動して吐出口１０から吐出される。

吐出口１０から吐出された液体Ｌ２は、衝突板２０に衝突して飛散した後、液面Ｌ３に落下する。このとき、飛散した液体Ｌ２が空気と接触することにより、液体Ｌ２に含まれる溶存気体の少なくとも一部が脱気される。液面Ｌ３に落下した液体Ｌ２は、液槽Ｌ１に溜められ、再びポンプ３０に吸い込まれる。このようにして、液槽Ｌ１内の液体Ｌ２は、ポンプ３０、配管４０および吐出口１０を通って衝突板２０に衝突して液面Ｌ３に落下するサイクルを繰り返す。これにより、液槽Ｌ１内の液体Ｌ２を循環させつつ溶存気体の濃度を低下させることができる。

以上のように、脱気装置１では、衝突板２０を用いて溶存気体を脱気するため、従来のようなノズルの閉塞等が生じない。したがって、本実施形態によれば、メンテナンスに要する労力を低減できる脱気装置１を実現することができる。

また、脱気装置１は、液体Ｌ２中に生物の糞および残餌等が発生し得る例えば魚類の養殖等に好適に適用することができる。このような効果は、例えば、魚類の乱獲を防止することにより、国連が提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１４「海の豊かさを守ろう」等の達成にも貢献するものである。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔実施例〕
本発明の一実施例について以下に説明する。なお、本実施例に記載の脱気装置１は一例であり、本発明の一態様に係る脱気装置を限定するものではない。

＜実施例１＞
まず、液槽Ｌ１として、直径１５ｍ、高さ２ｍ、容量３００ｍ^３の水槽を用意し、液体Ｌ２として海水を満たした。

次に、衝突板２０として、幅６００ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、厚さ３ｍｍの透明塩化ビニル板を４枚用意し、直径７．０ｍｍの貫通孔２１を、１枚あたり１４４個、均等に位置するように形成した。具体的には、１枚の透明塩化ビニル板に対して、隣り合う貫通孔２１の中心間の距離が６０ｍｍとなるように、幅方向に８列、長さ方向に１８列の貫通孔２１を形成した。このとき、開口面積率を算出すると、０．７７％であった。

ポンプ３０として、３００ｍ^３／時の吐出量で運転可能な循環ポンプを用意した。

配管４０として、内径１２５ｍｍ～１５０ｍｍの塩化ビニル管を図１に示すようにポンプ３０に対して接続し、塩化ビニル管におけるポンプ３０と逆側に、内径４０ｍｍのエルボ配管を接続した。吐出口１０は、エルボ配管の出口として、鉛直方向ＶＤ下向きになるように構成した。

吐出口１０と衝突板２０との鉛直方向ＶＤにおける間隔ｄ１が１．１ｍ、衝突板２０と液面Ｌ３との鉛直方向ＶＤにおける間隔ｄ２が０．６ｍになるように、衝突板２０を設置した。衝突板２０は、図２に示すように、架台２６の上に、メッシュ２４を介して取り付けた。

そして、ポンプ３０を運転しながら、液槽Ｌ１内でマサバを飼育した。なお、液槽Ｌ１には、（ｉ）固形物除去、（ｉｉ）硝化（アンモニア除去）および（ｉｉｉ）酸素溶解の各処理を行う設備に接続された配管が別途設けられており、上記（ｉ）～（ｉｉｉ）の各処理は、液槽Ｌ１外で行った。

ポンプ３０による運転開始直後に、衝突板２０に衝突して飛散した後、液面Ｌ３に到達する時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ１）と、吐出口１０から吐出される時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ２）とを測定した。測定の結果、Ｃ１／Ｃ２の比率は５３．１％であり、脱気効率が良好であることが示された。

また、ポンプ３０による循環を開始してから３日後に測定したところ、Ｃ１／Ｃ２の比率は４２．２％であり、実施例１に係る脱気装置１によれば、脱気効率が長期間良好に保たれていることが示された。

＜比較例１＞
実施例１における衝突板２０の代わりに、気液接触充填材（関西化工（株）社製、製品名：バイオフロンティアネット）をネットに入れ、更にかごの中に入れたものを複数の吐出口１０の下にそれぞれ設置したことを除き、実施例１と同じ方法で脱気を行った。

ポンプ３０による循環開始直後に、気液接触充填材に衝突して飛散した後、液面Ｌ３に到達する時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ１）と、吐出口１０から吐出される時の液体Ｌ２における二酸化炭素濃度（Ｃ２）とを測定した。測定の結果、Ｃ１／Ｃ２の比率は４６．０％であり、脱気効率が良好であることが示された。

しかし、ポンプ３０による循環を開始してから３日後には、気液接触充填材の一部がマサバの糞および残餌により閉塞した。このため、比較例２では、脱気効率の低下を防ぐために、気液接触充填材の頻繁なメンテナンスが必要であることが確認された。

〔まとめ〕
［１］
液槽に溜められた液体の液面上方に配置され、溶存気体を含む前記液体を前記液面上方から吐出する吐出口と、
前記吐出口と前記液面との間に配置され、前記吐出口から吐出された前記液体を衝突させて該液体を飛散させたうえで前記液面に落下させる衝突板と、
を備える脱気装置。

［２］
前記衝突板は、複数の貫通孔が形成された多孔板である、［１］に記載の脱気装置。

［３］
前記吐出口と前記衝突板との鉛直方向における間隔は、前記衝突板と前記液面との前記鉛直方向における間隔以上である、［１］または［２］に記載の脱気装置。

［４］
複数の吐出口を備え、
前記液槽の容量が１００ｍ^３以上５００ｍ^３以下である場合、複数の前記吐出口から吐出される前記液体の単位時間あたりの総吐出量は１００ｍ^３/時以上５００ｍ^３/時以下である［１］から［３］のいずれかに記載の脱気装置。

［５］
前記溶存気体は、二酸化炭素であり、
前記液体から脱気される単位時間あたりの二酸化炭素量は５０ｋｇ／時以上２５０ｋｇ／時以下である［１］から［４］のいずれかに記載の脱気装置。

１ 脱気装置
１０ 吐出口
２０ 衝突板
２４ メッシュ
２６ 架台
３０ ポンプ
４０ 配管
ｄ１ 吐出口と衝突板との鉛直方向における間隔
ｄ２ 衝突板と液面との鉛直方向における間隔
Ｌ１ 液槽
Ｌ２ 液体
Ｌ３ 液面

Claims (5)

1. 魚類を飼育するための液槽に溜められた液体の液面上方に配置され、溶存気体と前記魚類の糞または残餌とを含む前記液体を前記液面上方から吐出する吐出口と、
   前記吐出口と前記液面との間に配置され、前記吐出口から吐出された前記液体を衝突させて該液体を飛散させたうえで前記液面に落下させる衝突板と、
   を備え、
   前記衝突板は、複数の貫通孔が形成された多孔板であり、
   前記複数の貫通孔の総開口面積が前記衝突板の面積に対する比率は、０．２０％以上５．０％以下であり、且つ、前記複数の貫通孔の直径は、２．０ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下である脱気装置。
2. 前記衝突板は、架台の上に、メッシュを介して取り付けられており、
   前記メッシュの網目は、前記複数の貫通孔よりも大きい、請求項１に記載の脱気装置。
3. 前記吐出口と前記衝突板との鉛直方向における間隔は、前記衝突板と前記液面との前記鉛直方向における間隔以上である、請求項１または２に記載の脱気装置。
4. 複数の吐出口を備え、
   前記液槽の容量が１００ｍ^３以上５００ｍ^３以下である場合、複数の前記吐出口から吐出される前記液体の単位時間あたりの総吐出量は１００ｍ^３/時以上５００ｍ^３/時以下である請求項１または２に記載の脱気装置。
5. 前記溶存気体は、二酸化炭素であり、
   前記液体から脱気される単位時間あたりの二酸化炭素量は５０ｋｇ／時以上２５０ｋｇ／時以下である請求項４に記載の脱気装置。