JP7271311B2

JP7271311B2 - 気液分離装置とこれを用いた水処置装置

Info

Publication number: JP7271311B2
Application number: JP2019099862A
Authority: JP
Inventors: 勝久矢田
Original assignee: Toyo Valve Co Ltd
Current assignee: Toyo Valve Co Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: JP2020192504A

Description

本発明は、気体と液体との混合流体を分離させる気液分離装置とこれを用いた水処理装置に関する。

近年、例えば温泉設備や、或は植物栽培用の栽培システム、養殖設備などにおいて、オゾナイザ（オゾン発生装置）を利用した水処理装置が知られている。この種の水処理設備では、オゾナイザからのオゾンを被処理水に混合してオゾン水を生成するものであり、通常、この水処理設備には、被処理水に混合されずに残存したオゾンガスとの混合流体を処理するための気液分離装置が設けられている。
気液分離装置は、混合流体を気体（オゾンガス）と液体（水）とに分離する機能を有し、気液分離装置によって分離されたオゾンガスは、分解処理された後に外気に排出され、水も適宜処理されるようになっている。

この種の気液分離装置として、例えば、特許文献１の養液栽培システムにおける気液分離装置が開示されている。この分離装置１は、図５に示すように単筒型の構造からなり、円筒状のケーシング２の上部には気液混合流体の入り口３及び気体排出用の出口４、ケーシング２の下部には液体排出用の液体出口５がそれぞれ設けられている。ケーシング２内部には一つのシリンダ状の収容室６が設けられ、この収容室６内に浮き部材７が設けられている。
流体入り口３から収容室６内にオゾンガスと水との混合流体が供給されると、オゾンガスと水との比重の違いから、混合流体中の水は収容室６の底に溜まり、オゾンガスが気体排出用出口４から排出される。収容室６内に一定量の水が溜まると、浮き部材７が浮力により上昇することで液体出口５が開口状態となり、この液体出口５から水が排出されるようになっている。

一方、特許文献２の気液分離器は、ヒートポンプ式の冷凍サイクルに用いられ、同文献２の図６には２つの筒体が同心上に配置された気液分離器が開示されている。この気液分離器は、略円筒状の筐体の中央に上下に貫通してパイプが配置され、このパイプに形成された上部開孔、下部開孔を通して筐体内部とパイプ内部とが連通されている。筐体の側面には混合流体供給用の管路が接続され、この供給用管路から筐体内部に混合流体が供給される。パイプの内部にはフロート部材が収納され、筐体内への液体の増量に応じてこのフロート部材が昇降動する。
供給用管路から気液混合流体が供給されると、先ず、液体が筐体内の底に溜まりつつ、気体が上部開孔から排出される。筐体内に一定量の水が溜まると、この水が下部開孔を通じてパイプ内に浸入することでフロート部材がパイプ内を上昇し、下部開孔が開口状態となる。これによって、筐体内の液体が下部開孔を通じてパイプ下部に排出しようとしている。

特許第５８０２５５８号公報特許第３４１６９６３号公報

前者の特許文献１における気液分離装置において、使用時には、収容室６内の水が全て液体出口５から排出されたり、気液混合流体の入り口３から流入する気液混合流体中の水分量が少なくなると、収納室６に十分に水が溜まらずにその機能を発揮できなくなることがある。このような場合、液体出口５から気体であるオゾンガスが流出するおそれがある。
一方、入り口３から流入する気液混合流体中の液体量が多い場合には、液体の液体出口５からの排出が間に合わなくなり、気体排出用出口４から液体が漏れ出す可能性がある。

後者の特許文献２の気液分離器は、ヒートポンプ式の冷凍サイクル用として使用されるものであり、高精度な気体と液体との分離処理能力が要求されるものではない。例えば、この気液分離器では、混合流体供給用管路から供給される気液混合流体を旋回させて気体と液体とに分離しているため、気液混合流体入り口からの噴射により分離している特許文献１の気液分離装置に比較して気液分離処理能力が低い。このため、分離された気体中に液体が残存したり、下部開口からの液体に気体が含まれたり、上部開口からの気体に液体が含まれる可能性があり、この気液分離器を有害なオゾンガスを含有するために使用することは適切ではない。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、気液混合流体を気体と液体とに高精度に分離し、コンパクトで簡便な気液分離装置とこれを用いた水処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、気液分離用の分離本体の内部に、筒状の第１収容室と筒状の第２収容室とを並設し、第１収容室の上部には混合流体流入口を設け、第２収容室には上部に気体流出口を、第２収容室の下部に液体流出口をそれぞれ形成し、かつ第２収容室の内部に液体で浮上する筒形状のフロート体を上下動自在に設け、フロート体の上部と下部で気体流出口と液体流出口をそれぞれ封止可能に設けると共に、並設した第１収容室と第２収容室との間に隔壁を設け、隔壁の上部側と下部側に第１収容室と第２収容室とを連通させた上部連通穴と下部連通穴とをそれぞれ設け、混合流体流入口より噴射された気液混合流体を第１収容室の底部で反射させた状態で拡散させることにより、分離された気体を第１収容室の上方領域に移動させるようにした気液分離装置である。

請求項２に係る発明は、上部連通穴は、少なくともその一部が最も下降した状態のフロート体の上端面よりも上方に配置される位置に形成され、下部連通穴は、少なくともその一部が最も上昇した状態のフロート体の下端面よりも下方に配置される位置に形成される気液分離装置である。
請求項３に係る発明は、隔壁の下部側には、第２収容室に流入する液体によって液体流出口を封止したフロート体が浮き始める所定高さより下方位置に下部連通穴を設け、かつ、隔壁の上部側には、第２収容室に流入する液体によって浮上したフロート体が気体流出口を封止し始める所定高さより上方位置に上部連通穴とをそれぞれ設けた気液分離装置である。
請求項４に係る発明は、混合流体流入口より流入した気液混合流体から分離された液体が第２収容室の底部に蓄積し始め水位が所定高さに溜まるまでは、フロート体が液体流出口の封止を維持して、液体流出口から分離された気体の流出を防止し、水位の上昇に伴いフロート体が気体流出口を封止する状態まで上部連通穴の水没を防いで第２収容室への分離された気体を容易に移動させるようにした気液分離装置である。

請求項５に係る発明は、気体流出口及び／又は液体流出口と、これらに対向するフロート体の上下部との間には、密封シールするためのシール部材を介在させた気液分離装置である。

請求項６に係る発明は、気体流出口及び／又は液体流出口、或はこれらに対向するフロート体の上下部の何れか一方側に突出部が形成され、他方側にこの突出部が当接するシール用シートが装着されている気液分離装置である。

請求項７に係る発明は、気液分離装置の混合流体流入口にオゾナイザを接続し、気液分離したオゾン水が流れる流路口に紫外線・光触媒ユニットを接続して水処理に用いる水処理装置である。

請求項１に係る発明によると、分離本体の内部に筒状の第１収容室と筒状の第２収容室とを並設し、第１収容室の上部に設けた混合流体流入口から供給された気液混合流体を第１収容室の底部に混合流体を反射させ、第１収容室内で拡散させて気体と液体とに分離し、主に気体を上部連通穴から、液体を下部連通穴からそれぞれ第２収容室に送ることができる。下部連通穴から流入した液体は、第２収容室の底に溜まり、この状態でフロート体の下部で液体流出口を封止することで、液体流出口からの気体の流出を確実に防止しつつ、気体流出口より気体を流出させることができる。第２収容室に液体が蓄積することでフロート体が上昇し、このフロート体の上昇により液体流出口から液体を流出させることができる。この場合、フロート体が最も上昇したときには、このフロート体の上部で気体流出口を封止して気体流出口からの液体流出を確実に防止する。これにより、気液混合流体を高精度に気液分離することができ、しかも、気液分離用の分離本体の内部に第１収容室と第２収容室とを並設することで装置が大型になるのを回避し、コンパクト化し、簡便に使用可能となる。

また、混合気体流入口は、第１収容室の上部に設けているから、気液混合流体の噴射する強さを所定の大きさとしたときに、噴射した気液混合流体を第１収容室の底部で反射して拡散させることが可能になるため、気液混合流体中の気体が上方、液体が下方に移動しやすくなり気液分離の性能を向上させることができる。

請求項２に係る発明によると、フロート体が最も下降した位置にある場合にも、気液混合流体を分離して得られる気体を上部連通穴から通過させて気体流出口より確実に流出させることができ、一方、フロート体が最も上昇した位置にある場合にも、気液混合流体を分離して得られる液体を下部連通穴から確実に通過させて液体流出口より流出させることができる。このため、フロート体の上下動作や上下位置の状態の変化により気液分離機能が妨げられることがなく、気体流出口からは気体のみ、液体流出口からは液体のみを流出させて高精度に気液分離することができる。
請求項３又は４に係る発明によると、隔壁の下部側には、第２収容室に流入する液体によって液体流出口を封止したフロート体が浮き始める所定高さ（Ｈ１）より下方位置に下部連通穴を設け、かつ、隔壁の上部側には、第２収容室に流入する液体によって浮上したフロート体が気体流出口を封止し始める所定高さ（Ｈ３）より上方位置に上部連通穴とをそれぞれ設けたので、気液混合流体を分離して得られる気体を上部連通穴から通過させて気体流出口より確実に流出させることができ、かつ、気液混合流体を分離して得られる液体を下部連通穴から確実に通過させて液体流出口より流出させることができる。
そして、混合流体流入口より流入した気液混合流体から分離された液体が第２収容室の底部に蓄積し始め水位が所定高さに溜まるまでは、フロート体が液体流出口の封止を維持して、液体流出口から分離された気体の流出を防止し、水位の上昇に伴いフロート体が気体流出口を封止する状態まで上部連通穴の水没を防いで第２収容室への分離された気体を容易に移動させるようにしたので、気体流出口からは気体のみ、液体流出口からは液体のみを流出させて高精度に気液分離することができると共に、気体流出口から流出する気体（オゾンガス）への水の混入を防止し、気液分離装置に接続されたオゾン触媒装置内の触媒の浸潤を阻止してこのオゾンガス触媒装置によるオゾン分解機能を維持でき、かつ、液体流出口に接続されるホースなどの内部が負圧になった場合でも、液体流出口を確実に封止して気体の漏洩を防止できる。

請求項５に係る発明によると、気体流出口、液体流出口と、これらに対向するフロート体の上下部とをシール部材で密封シールできるため、第２収容室に液体が溜まってフロート体が最上部まで上昇したときには、気体流出口をフロート体上部のシール部材で塞いでこの液体の気体流出口からの漏れを防ぐ。一方、第２収容室に気体が溜まってフロート体が最下部に下降したときには、液体流出口をフロート体下部のシール部材で塞いでこの気体の液体流出口からの漏れを防ぐことができる。

請求項６に係る発明によると、気体流出口、液体流出口と、これらに対向するフロート体とが当接したときに、これらの当接面積を小さくしていることで、より強くこれらを圧接させて封止力を向上させ、不要な液体又は気体の漏れを確実に防止することができる。

請求項７に係る発明によると、オゾナイザにより生成されたオゾン水に含まれる気液混合流体を、オゾンと水とに高精度に分離し、分離したオゾンに含まれる水分を抑えることが可能になる。このため、分離後のオゾンをオゾン触媒などの処理部材で処理する場合に、液体により処理部材を劣化させるおそれがなく、処理部材を用いて継続的にオゾンを高精度に分解できる。

水処理装置の実施形態を示した概略模式図である。本発明の気液分離装置の実施形態を示す縦断面図である。図２のフロート体が上昇した状態を示す縦断面図である。図３のフロート体が更に上昇した状態を示す縦断面図である。従来の気液分離装置を示す縦断面図である。

以下に、本発明における気液分離装置とこれを用いた水処置装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、除菌浄化用の水処理装置の実施形態を示しており、図２～図４においては、水処理装置に用いられる本発明の気液分離装置の実施形態を示している。

図１における水処理装置は、例えば植物栽培用の栽培システム、温泉設備、養殖設備などの図示しない水処理用設備の一部として設けられ、この水処理設備を流れる新たな水や一度使用した水を除菌浄化して利用するために用いられる。本例の水処理装置は、水処理用設備の流路からバイパス状に分岐して設けられ、オゾン供給部１１と、紫外線照射部１２と、光触媒作用部１３とを有し、水処理設備を流れる水の一部又は全部を処理可能になっている。

水処理装置において、オゾン供給部１１は内部を流れる被処理水にオゾンを供給し、紫外線照射部１２は被処理水に紫外線を照射し、光触媒作用部１３は被処理水に光触媒を作用させる機能を有する。オゾン供給部１１はオゾナイザ２０内に設けられ、紫外線照射部１２及び光触媒作用部１３は、紫外線・光触媒ユニット２１内にそれぞれ設けられている。オゾナイザ２０と紫外線・光触媒ユニット２１とは別ユニットとして形成され、オゾナイザ２０の下流側に紫外線・光触媒ユニット２１が接続されて水処理装置が構成されている。

上記の構成により、水処理装置は、オゾナイザ２０により生成したオゾンガスを被処理水に供給してオゾン水を生成し、さらに紫外線・光触媒ユニット２１により紫外線を照射し、かつ光触媒を作用させて除菌浄化することが可能になっている。

この場合、水処理装置において気液分離装置の混合流体流入口にオゾナイザ２０が設けられ、気液分離されたオゾン水が流れる流路口に紫外線・光触媒ユニット２１が設けられた状態で水処理に用いられる。気液分離装置は、後述するように、オゾナイザ２０からの気液混合流体を気体と液体とに分離する機能を有している。
さらに、気液分離装置とオゾナイザ２０との間には、エジェクタ２２、エアセパレータ２３、気液分離装置にはオゾン触媒装置２４がそれぞれ備えられている。

また、水処理装置におけるオゾナイザ２０の流入側には、水処理用設備の流路から分岐された入口側流路３０が接続され、この入口側流路３０からポンプ３１によってオゾナイザ２０に被処理水が供給可能に設けられる。オゾナイザ２０の流出側には被処理水が流れる第１流出路３２、オゾナイザにより生成されたオゾンが流れる第２流出路３３が、それぞれエジェクタ２２に接続されている。第２流出路３３とエジェクタ２２との間には、逆流防止用の逆止弁３４が設けられる。

エジェクタ２２の流出側にはエアセパレータ２３が接続され、このエアセパレータ２３の下部位置にはオゾン水（液体）流出側である液体流路３５が設けられ、この液体流路３５は紫外線・光触媒ユニット２１の流入側に接続される。紫外線・光触媒ユニット２１の流出側には戻り流路３６が設けられ、この戻り流路３６は水処理設備に接続されている。水処理装置により処理されたオゾン水は、戻り流路３６を介して水処理設備に戻される。

エアセパレータ２３の上部には接続流路３７が設けられ、この接続流路３７は、気液分離装置の入力側に図示しない雄螺子部を介して接続される。エアセパレータ２３によりオゾン水から分離された気液混合流体（気体を主とする流体、液体を含む気体からなる流体、液体を主とする流体）は、接続流路３７を介して気液分離装置に供給可能に設けられる。

本発明の気液分離装置は、オゾナイザ２０側（エアセパレータ２３側）から送られる水を含んだオゾン、すなわち気液混合流体を処理し、この気液混合流体を成す気体（オゾン）Ｇと液体（水）Ｌとに分離可能になっている。図２～図４において、気液分離装置は、気液分離用の内部空間Ｓを有する樹脂材料からなる分離本体４１を備え、この分離本体４１内には、隔壁４２を介して第１収容室４３と第２収容室４４とが配されている。

分離本体４１において、第１収容室４３の底部４３ａよりも第２収容室４４の底部４４ａがより低い位置になるように設けられ、この第２収容室４４の内部には、円柱形状のフロート体４５が上下動自在に収納されている。このように第１収容室４３の底部４３ａよりも第２収容室４４の底部４４ａが低いことで、第１収容室４３に蓄積した液体Ｌを第２収容室４４に速やかに送り、スムーズに流出させることが可能になっている。

分離本体４１の上部には上蓋部材５０、下部には底蓋部材５１がそれぞれ取付けられ、これらは樹脂材料により形成されている。上蓋部材５０は、第１収容室４３、第２収容室４４の上部に、それぞれＯリング５２を介して図示しないボルト等で固定される。第１収容室４３の上蓋部材５０の中央位置には、雌螺子部５３及び混合流体流入口５５が、第１収容室４３内部に連通するように設けられる。雌螺子部５３には前述した接続流路３７の雄螺子部が接続され、エアセパレータ２３から気液混合流体が混合流体流入口５５を通して第１収容室４３に供給される。本例では、混合流体流入口５５が第１収容室４３の上部（上面側）に設けられているが、この混合流体流入口は、第１収容室４３の上部側面付近、或はそれ以外の位置に設けられていてもよい。

一方、第２収容室４４に取付けられた上蓋部材５０の中央位置には、雌螺子部５３及び気体流出口５６が第２収容室４４内部に連通するように設けられる。この雌螺子部５３には、図示しない雄螺子部を介して気体流路５７が接続され、この気体流路５７の流出側にオゾン触媒装置２４が接続される。これにより、気体流出口５６を介して第２収容室４４から外部に流出された気体Ｇは、気体流路５７を通してオゾン触媒装置２４に送られる。

底蓋部材５１は、第２収容室４４の下部にＯリング５２を介して図示しないボルト等で固定される。底蓋部材５１の中央位置には、雌螺子部５８及び液体流出用の液体流出口６０が第２収容室４４に連通するように設けられる。雌螺子部５８には雄螺子部６１を介して排出流路６２が接続され、この排出流路６２から分離された水が排出される。液体流出口６０と前述の気体流出口５６は、第２収容室４４の中心と同軸上に設けられている。第２収容室４４内の気体流出口５６、液体流出口６０には、それぞれ突出部６５が形成され、一方、第１収容室４３内の混合流体流入口５５にも、同様にして突出部６５が形成されている。

フロート体４５の内部には空気層７０が設けられ、フロート体４５は、この空気層７０により、フロート体４５が第２収容室４４に蓄積した液体（処理水）Ｌに対して浮上（上昇）可能になっている。
フロート体４５の上下面の中央位置には有底の凹部７１が形成され、この凹部７１にはシール用シート７２がそれぞれ取付けられている。上下の各シート７２はゴム材料により設けられ、気体流出口５６の突出部６５の先端面、液体流出口６０の突出部６５の先端面と対向する位置に設けられる。これらシート７２がシール部となり、気体流出口５６、液体流出口６０をそれぞれシールするようになっている。
本例におけるシート７２は、外径φ８ｍｍ、板厚３ｍｍの略円柱形状に形成され、上下の各凹部７１に対して、嵌め込み固定された状態で接着剤により固着されている。

上記のように、気体流出口５６及び液体流出口６０と、これらに対向するフロート体４５の上下部との間には、これらを密封シールするためのシート７２がシール部材として介在されている。これにより、フロート体４５が第２収容室４４内を上下動するときには、その上下部で気体流出口５６と液体流出口６０とを封止可能になっている。この場合、フロート体４５が、第２収容室４４内で最も下降したときに底部４４ａ側のシート７２が液体流出口６０の突出部６５と密着シールし、一方、最も浮上したときに上部側のシート７２が気体流出口５６の突出部６５と密着シールするようになっている。

なお、フロート体４５の上部側シート７２の上端側、及びフロート体４５の下部側シート７２の下端側には、それぞれ中央に図示しない凹面が形成されていてもよい。この場合、凹面は、突出部６５、６５と対向する位置に配置され、その内径が突出部６５の外径よりも大径で、深さが突出部６５の高さよりもやや小さい寸法に設けられているとよい。これにより、前述した液体流出口６０及び気体流出口５６の各突出部６５の先端面が、対向する凹面に当接可能となる。

第１収容室４３と第２収容室４４との隔壁４２において、その上部側と下部側には、第１収容室４３と第２収容室４４とを連通させる上部連通穴８０と下部連通穴８１とがそれぞれ設けられる。

これら２つの連通穴８０、８１のうち、上部連通穴８０は、少なくともその一部が最も下降した状態のフロート体４５の上端面４５ａよりも、上方に配置される位置に形成される。これにより、フロート体４５の最も下降した状態、すなわち第２収容室４４に液体Ｌが溜まっていない状態では、第１収容室４３と第２収容室４４とが上部連通穴８０を通して連通状態にある。そのため、混合流体流入口５５から気液混合流体が第１収容室４３に流入するときに、開口状態の上部連通穴８０を通して気液混合流体中の気体Ｇが分離され、気体流出口５６から流出される。

下部連通穴８１は、少なくともその一部が最も上昇した状態のフロート体４５の下端面４５ｂよりも、下方に配置される位置に形成される。これにより、フロート体４５の最も上昇した状態、すなわち第２収容室４４に液体Ｌが充満した状態であっても、開口状態の下部連通穴８１を通して第１収容室４３と第２収容室４４とが連通状態にある。そのため、分離本体４１に蓄積した液体Ｌが、開口状態の下部連通穴８１を通して液体流出口６０から流出される。

混合流体流入口５５は、気液混合流体を噴射可能な形状に設けられると共に、噴射した気液混合流体を第１収容室４３の底部４３ａで反射し拡散させる位置に設けられている。

エジェクタ２２は、オゾナイザ２０の流出側に接続され、このエジェクタ２２により被処理水にオゾンが混合される。オゾンが混合された状態の水は、エジェクタ２２の流出側に接続されたエアセパレータ２３に送られる。

エアセパレータ２３は、気液分離装置の流入側に設置され、オゾン（気体）と水（液体）との混合流体を対象として、オゾン水（液体成分）から水分を含有する気体成分を分離する機能を有している。エアセパレータ２３は略円筒形状を呈し、その外周面の偏心位置に設けられた混合流体の導入口８２、上部に設けられた空気抜き出口８３、下部に設けられた液体出口８４を有している。導入口８２から混合流体が流入したときには、この混合流体が内部で旋回し、旋回流により中心に溜まった気体を主とする成分が空気抜き出口８３を通して気液分離装置に供給される。一方、旋回流により外周側に集まったオゾン水は、液体出口８４を通って紫外線・光触媒ユニット２１に供給される。

気液分離装置に接続されたオゾン触媒装置２４は、気液分離装置により分離されたオゾンを分解するために設けられる。オゾン触媒装置２４の内部には図示しない分離用触媒が収納され、外部にはこの触媒により分解処理されたオゾンが外部に放出するための図示しない排気路が設けられている。

なお、上記実施形態においては、気体流出口５６、液体流出口６０にそれぞれ突出部６５が形成され、フロート体４５にこれら突出部６５が当接するシート７２が装着されているが、これらは反対であってもよい。さらに、何れの場合であっても、気体流出口５６又は液体流出口６０の何れか一方側に突出部６５又はシート７２を設け、これらの他方側であるフロート体４５にシート７２又は突出部６５を設けた構成としてもよい。

上下の各シート７２は、気体流出口５６、液体流出口６０を密着シールできるものであれば、各種のゴム材料により形成可能であり、また、ゴム材料以外にも、樹脂材料等の各種シール性を発揮可能な材料により形成することもできる。

分離本体４１は一体形状に設けられているが、第１収容室４３側と第２収容室４４側とをそれぞれ別体に形成し、これらを組合わせて一体化して分離本体を設けるようにしてもよい。この場合、それぞれの収容室側に設けた隔壁に上部連通穴、下部連通穴を形成し、これら連通穴を位置合わせしつつ各連通穴に図示しない管状のキャップ部材を装着することにより結合できる。第１収容室と第２収容室とを分離可能な構造に設けた場合には、分離本体内のフロート体等の内部部品の清掃が容易となる。

次いで、上述した気液分離装置を用いた水処理装置で被処理水を除菌浄化する場合の動作並び作用を説明する。
入口側流路３０からポンプ３１により被処理水を水処理装置側に流したときには、この被処理水は、先ず、オゾナイザ２０内を通過して第１流出路３２からエジェクタ２２側に流出すると同時に、オゾナイザ２０によりオゾンが生成され、このオゾンが第２流出路３３よりエジェクタ２２に供給される。オゾナイザ２０からの水とオゾンは、エジェクタ２２により混合されて微細気泡状のオゾン水が生成される。

このオゾン水は、エジェクタ２２からエアセパレータ２３に送られ、このエアセパレータ２３によりオゾン水として使用可能な液体成分と、オゾン水として使用することが難しい気液混合流体とに分離される。エアセパレータ２３で分離された液体成分は、液体流路３５から紫外線・光触媒ユニット２１に送られ、紫外線の照射及び光触媒の作用による処理がなされて除菌浄化される。除菌浄化後のオゾン水は、戻り流路３６を通して水処理設備の流路に戻される。

一方、エアセパレータ２３で分離された気液混合流体は、オゾンを分離した後に処理する必要があることから、気液分離装置の分離本体４１に供給される。
この場合、混合流体流入口５５から気液混合流体が流入すると、水（液体）Ｌとオゾン（気体）Ｇとの比重が異なり、水ＬがオゾンＧよりも重いことから、気液混合流体中の液体成分である水Ｌが第１収容室４３の底付近、気体成分であるオゾンＧが第１収容室４３の上部付近に移動するようにして気液分離される。

しかも、本例では、混合流体流入口５５が第１収容室４３の上部（上面側）に設けられていることで、気液混合流体の噴射する強さを大きくすることにより、図２の二点鎖線に示すように、混合流体流入口５５から第１収容室４３の底面４３ａ側に気液混合流体を噴射するように供給することが可能になっている。この場合、噴射された気液混合流体は、第１収容室４３の底部４３ａで反射し拡散された状態となる。これにより、気液混合流体中のオゾンＧが上方、水Ｌが下方により移動しやすくなり、気液分離性能が一層向上している。

このように、気液混合流体が第１収容室４３内で気体Ｇと液体Ｌとに分離され、第１収容室４３の上部付近の気体Ｇが上部連通穴８０を通して第２収容室４４に移動し、気体流出口５６から流出するようになっている。流出した気体（オゾン）Ｇは、気体流路５７を通してオゾン触媒装置２４に送られ、このオゾン触媒装置２４により分解処理されて無害化された後に、図示しない排気路を通して外気に放出される。

第１収容室４３で分離された液体Ｌは底部４３ａに蓄積し、水位の上昇により下部連通穴８１に達したときには、下部連通穴８１を通して第２収容室４４内に流れ込む。この場合、第２収容室４４に液体Ｌが無い場合や、フロート体４５を上昇させるほどの水位の上昇が無いときには、フロート体４５が最も下降した状態を維持する。そのため、図２に示すように、シート７２と突出部６５の先端面とが当接シールして液体流出口６０を封止し、分離された気体Ｇ及び液体Ｌがこの液体流出口６０から漏れ出すことの無い状態で、図の破線に示した流れにより前述の気体流出口５６から確実に気体Ｇを流出させることができる。

本例の場合、図において液体Ｌが第２収容室４４の底部４４ａから高さＨ１＝２０～２２ｍｍ程度の高さに溜まるまではフロート体４５が最も下降した状態を維持し、液体Ｌの溜まった状態が維持される。このため、水位がこの高さＨ１に達するまでは、混合流体流入口５５から気体Ｇのみが流入したとしても、液体流出口６０から気体Ｇが流出することはなく、気体流出口５６からのみ気体Ｇが流出する。

分離本体４１内への液体Ｌの蓄積が進み、液面の上昇により底部４４ａからの高さＨ１が２０～２２ｍｍを超えると、図３に示すように、蓄積した液体Ｌへの浮力によりフロート体４５が浮いた状態となり、シート７２が液体流出口６０の突出部６５の先端面から離れる。これにより、破線に示した気体流出口５６から気体Ｇのみを流出可能な状態で、一点鎖線に示すように、液体流出口６０から分離された液体Ｌのみが速やかに流出する。

分離された液体Ｌが液体流出口６０から流出されて液面が下がると、フロート体４５もそれに伴って下降する。その際、第２収容室４４から液体Ｌが完全に流出したり、フロート体４５を上昇させる水位よりも低い液面になったときには、フロート体４５は図２の状態まで下降し、液体流出口６０からの液体Ｌの流出が停止した状態となる。
一方、液体流出口６０からの液体Ｌの流出量よりも分離された液体Ｌの蓄積量が多い場合には、液面の上昇によりフロート体４５が浮上し続けるようになる。

図４においては、フロート体４５が図３の状態からさらに上昇し、フロート体４５上部のシート７２が気体流出口５６の突出部６５に当接シールした状態を示している。このようにフロート体４５が第２収容室４４の最上部まで浮上したときには、気体流出口５６を確実に塞いでこの気体流出口５６からの液体Ｌの漏れを確実に防ぐことができる。

本例においては、フロート体４５が第２収容室４４の最上部まで浮上した場合は、このフロート体４５の下端面４５ｂから第２収容室４４の底部４４ａまでの高さＨ２が約２３ｍｍとなる。これに対して、前述したように、下部連通穴８１は、少なくともその一部が最も浮上した状態のフロート体４５の下端面４５ｂよりも下方に配置され、本例では下部連通穴８１の上端が浮上時のフロート体下端面４５ｂの高さＨ２の２３ｍｍよりも下方になるように配置される。これにより、フロート体４５の位置に影響をほぼ受けることなく、主に液体Ｌの移動用として機能する下部連通穴８１を通して、第１収容室４３から第２収容室４４に液体がスムーズに移動する。

なお、仮に、高さＨ２である２３ｍｍよりも上に下部連通穴８１を形成した場合には、フロート体４５が浮上して第１収容室４３から第２収容室４４に液体Ｌが流れ込むときに、この水の流れに影響を受けてフロート体４５が回転したり傾いたりする可能性が生じる。この場合、これらによってフロート体４５の浮上が妨げられて気体流出口５６を確実に封止できなくなるおそれがある。

混合流体流入口５５から液体Ｌのみが流入するような特殊な場合を除き、フロート体４５が気体流出口５６を封止する状態まで浮上すると、第１収容室４３の底面から水面までの高さＨ３が約４６ｍｍとなる。このとき、第２収容室４４の水面も第１収容室４３と同じ高さとなる。これに対して、本例では上部連通穴８０をその上端が高さ４６ｍｍよりも高くなる位置に形成していることで、この上部連通穴８０の水没を防いで分離させた気体Ｇをスムーズに第２収容室４４に移動できるようになっている。

液体流出口６０、気体流出口５６が、第２収容室４４の中心と同軸上に配置されていることから、フロート体４５の上下部の各シート７２と、液体流出口６０の突出部６５、気体流出口５６の突出部６５とをそれぞれ平行に接触させることが可能になり封止性が向上する。合わせて、仮にフロート体４５が回転したとしても、各シート７２と液体流出口６０の突出部６５並びに気体流出口５６の突出部６５との位置ずれを防ぎ、これらを確実に当接シールさせることが可能になっている。

上述したように、本発明の気液分離装置は、分離本体４１内に隔壁４２を介して第１収容室４３と第２収容室４４とを配し、第１収容室４３に混合流体流入口５５、第２収容室４４に気体流出口５６と液体流出口６０をそれぞれ設け、フロート体４５の上下部で気体流出口５６及び液体流出口６０を封止し、隔壁４２には上部連通穴８０と下部連通穴８１とをそれぞれ設けている。これにより、全体のコンパクト化を図り水処理装置への狭いスペースにも設置可能となる。エアセパレータ２３から供給される気液混合流体が、オゾンガス（気体）Ｇを主とする流体、水（液体）Ｌを含むオゾンガス（気体）Ｇからなる流体、水（液体）Ｌを主とする流体の何れの状態の場合であっても、分離本体４１内でオゾンガスＧと水Ｌとに分離し、気体流出口５６から水Ｌの流出を確実に防ぎつつオゾンガスＧのみを流出でき、液体流出口６０からオゾンガスＧの流出を確実に防ぎつつ、水Ｌのみを流出させることができる。

しかも、気体流出口５６及び液体流出口６０にそれぞれ突出部６５を設け、この突出部６５と対向するフロート体４５の上下部にシール用シート７２を装着しているので、突出部６５先端面がシート７２に当接したときにこれらの当接部位に力が集中して封止力を向上できる。

なお、上部側シート７２の上端面、下部側シート７２の下端面に凹面をそれぞれ形成したときには、これら凹面に各突出部６５の先端面を当接させているので、シート７２の変形量が増えてシート７２の突出部６５に対する反発力を増加させられるので、より一層封止力を高めることができる。

この場合、分離本体４１内に液体Ｌが溜まっていない状態や、液体Ｌが極端に少ない場合であっても、下部シート７２と液体流出口６０の突出部６５先端面とが当接シールすることにより、液体流出口６０からのオゾンガスＧの流出を阻止した状態で、気体流出口５６からオゾンガスＧを流出できる。

一方、例えば、エアセパレータ２３の故障や不調により気液混合流体中の気体Ｇの量が少なくなり、混合流体流入口５５から液体Ｌのみや液体Ｌの割合の高い気液混合流体が流入したとしても、上部シート７２と気体流出口５６の突出部６５先端面とが当接シールすることにより、気体流出口５６からの水Ｌの流出を阻止した状態で、液体流出口６０から水Ｌを流出できる。

これにより、気体流出口５６から流出するオゾンガスＧへの水Ｌの混入を防止し、気液分離装置に接続されたオゾン触媒装置２４内の触媒の浸潤を阻止してこのオゾンガス触媒装置２４によるオゾン分解機能を維持できる。
また、液体流出口６０に接続される図示しないホースの内部が負圧になった場合でも、液体流出口６０を確実に封止して気体Ｇの漏洩を防止できる。

次に、上述した実施形態の気液分離装置について、水処理装置に接続した状態で混合流体流入口５５から流体を供給したときの封止性能試験を実施した。試験は、次の（１）～（５）までの条件によりそれぞれおこなった。
（１）混合流体流入口５５から液体Ｌのみを流入させ、気体流出口５６からの液体Ｌの流出を確認した。混合流体流入口５５から流入させる液体Ｌとして、０．０２ＭＰａに加圧したものを使用し、５分間、気体流出口５６からの液体Ｌの漏れを測定した。
（２）（１）と同様に、混合流体流入口５５から液体Ｌのみを流入させ、気体流出口５６からの液体Ｌの流出を確認した。混合流体流入口５５から流入させる液体Ｌとして、（１）よりも圧力の高い０．１ＭＰａに加圧したものを使用し、５分間、気体流出口５６からの液体Ｌの漏れを測定した。
（３）混合流体流入口５５から気体Ｇのみを流入させ、液体流出口６０からの気体Ｇの流出を確認した。混合流体流入口５５から流入させる気体Ｇとして、０．１ＭＰａのものを使用し、５分間、液体流出口６０からの気体Ｇの漏れを測定した。
（４）（３）と同様に、混合流体流入口５５から気体Ｇのみを流入させ、液体流出口６０からの気体Ｇの流出を確認した。混合流体流入口５５から流入させる気体Ｇとして、０．２Ｐａのものを使用し、５分間、液体流出口６０からの気体Ｇの漏れを測定した。
（５）水処理装置を通常運転させた状態で液体流出口６０を閉塞し、気体流出口５６からの液体Ｌの流出を確認した。
上記の条件（１）～（５）までのそれぞれの封止性能試験の測定結果を表１に示す。

表１の結果より、条件（１）、（２）については、エアセパレータ２３の異常を想定し、水処理装置の循環配管（４０Ａ）からチューブで気液分離装置に直接液体Ｌを充填した結果、分離本体４１内が満水状態となったときは、気体流出口５６からの液体Ｌの漏れは無かったことが確認された。

条件（３）、（４）については、エアセパレータ２３の異常を想定し、気液分離装置の混合流体流入口５５から気体（エア）Ｇのみを流入させた結果、液体流出口６０からの気体Ｇの漏れの無いことが確認された。

条件（５）については、液体流出口６０が何らかの原因により閉塞された場合を想定し、液体流出口６０の閉塞状態で試験をおこなった結果、気液分離装置の分離本体４１内が満水になる前にエアセパレータ２３側からの気液混合流体の供給が停止し、気体流出口５６から気体Ｇのみが流出されたことが確認された。

以上のことから、各種の異常時を想定した条件（１）～（５）までの各封止性能試験の結果、本発明の気液分離装置は、何れの条件に対しても良好な結果が得られた。

本実施形態の気液分離装置は、高さ約１１５ｍｍ、幅約９０ｍｍ、奥行約４５ｍｍであり、図５と比べ、高さと奥行は同一であるからコンパクトな気液分離装置とすることができる。

なお、混合流体流入口５５側の突出部６５は形成されていなくてもよいが、上蓋部材５０と底蓋部材５１の部品を共有することができるため、コスト低減や、交換部品の管理工数等を削減することができる。

本例においては、第１収容室４３と第２収容室４４の内径は略同一であるが、第１収容室４３の内径が第２収容室４４の内径よりも大きい方が、気液混合流体が流入する第１収容室４３の体積が大きくなるため、多量の液体が混合流体流入口５５に流入した場合でも確実に気液分離をすることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。例えば、気液分離装置として水処理装置以外の装置にも適用することができ、さらには、水以外の被処理流体に用いたり、オゾンガス以外のガスを供給する場合に適用することも可能である。

２０オゾナイザ
４１分離本体
４２隔壁
４３第１収容室
４４第２収容室
４５フロート体
４５ａ上端面
４５ｂ下端面
５５混合流体流入口
５６気体流出口
６０液体流出口
６５突出部
７２シール用シート（シール部材）
８０上部連通穴
８１下部連通穴
Ｓ内部空間

Claims

気液分離用の分離本体の内部に、筒状の第１収容室と筒状の第２収容室とを並設し、前記第１収容室の上部には混合流体流入口を設け、前記第２収容室には上部に気体流出口を、前記第２収容室の下部に液体流出口をそれぞれ形成し、かつ前記第２収容室の内部に液体で浮上する筒形状のフロート体を上下動自在に設け、前記フロート体の上部と下部で前記気体流出口と前記液体流出口をそれぞれ封止可能に設けると共に、並設した前記第１収容室と前記第２収容室との間に隔壁を設け、前記隔壁の上部側と下部側に前記第１収容室と前記第２収容室とを連通させた上部連通穴と下部連通穴とをそれぞれ設け、前記混合流体流入口より噴射された気液混合流体を前記第１収容室の底部で反射させた状態で拡散させることにより、分離された気体を前記第１収容室の上方領域に移動させるようにしたことを特徴とする気液分離装置。
前記上部連通穴は、少なくともその一部が最も下降した状態の前記フロート体の上端面よりも上方に配置される位置に形成され、前記下部連通穴は、少なくともその一部が最も上昇した状態の前記フロート体の下端面よりも下方に配置される位置に形成される請求項１に記載の気液分離装置。
前記隔壁の下部側には、前記第２収容室に流入する液体によって前記液体流出口を封止した前記フロート体が浮き始める所定高さより下方位置に前記下部連通穴を設け、かつ、前記隔壁の上部側には、前記第２収容室に流入する液体によって浮上した前記フロート体が前記気体流出口を封止し始める所定高さより上方位置に上部連通穴とをそれぞれ設けた請求項１に記載の気液分離装置。
前記混合流体流入口より流入した気液混合流体から分離された液体が前記第２収容室の底部に蓄積し始め水位が所定高さに溜まるまでは、前記フロート体が前記液体流出口の封止を維持して、前記液体流出口から前記分離された気体の流出を防止し、水位の上昇に伴い前記フロート体が前記気体流出口を封止する状態まで前記上部連通穴の水没を防いで前記第２収容室への分離された気体を容易に移動させようにした請求項３に記載の気液分離装置。
前記気体流出口及び／又は前記液体流出口と、これらに対向する前記フロート体の上下部との間には、密封シールするためのシール部材を介在させた請求項１乃至４の何れか１項に記載の気液分離装置。
前記気体流出口及び／又は前記液体流出口、或はこれらに対向する前記フロート体の上下部の何れか一方側に突出部が形成され、他方側にこの突出部が当接するシール用シートが装着されている請求項５に記載の気液分離装置。
請求項１乃至６の何れか１項に記載の気液分離装置の前記混合流体流入口にオゾナイザを接続し、気液分離したオゾン水が流出する流路口に紫外線・光触媒ユニットを接続して水処理に用いることを特徴とする水処理装置。