CN116194202A - 超声波处理装置和微泡的供给方法 - Google Patents

超声波处理装置和微泡的供给方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116194202A
CN116194202A CN202080104562.4A CN202080104562A CN116194202A CN 116194202 A CN116194202 A CN 116194202A CN 202080104562 A CN202080104562 A CN 202080104562A CN 116194202 A CN116194202 A CN 116194202A
Authority
CN
China
Prior art keywords
treatment
treatment liquid
ultrasonic
microbubbles
narrow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080104562.4A
Other languages
English (en)
Inventor
干场英里
伊达博充
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Engineering Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp, Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Publication of CN116194202A publication Critical patent/CN116194202A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/80—After-treatment of the mixture
    • B01F23/803—Venting, degassing or ventilating of gases, fumes or toxic vapours from the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
    • B01F25/431971—Mounted on the wall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/452—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
    • B01F25/4521—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/102—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration with means for agitating the liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G3/00—Apparatus for cleaning or pickling metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/24—Mixing of ingredients for cleaning compositions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0427—Numerical distance values, e.g. separation, position

Abstract

装置的耐久性优异，能够实现适于超声波的传播的溶解气体量，并且，稳定地产生更适合于使用了超声波的处理的微泡。本发明的超声波处理装置具备：处理部，其可收纳处理液和被处理物；超声波发生器，其设置于处理部，对被处理物施加超声波；以及循环路径，其使处理部中的处理液循环，在所述循环路径设置有微泡产生器，该微泡产生器与处理液抽出配管串联地设置，使所抽出的处理液脱气，并且，使处理液中产生微泡。微泡产生器具有两个以上的使开口流路的大小窄于处理液抽出配管的内径的狭窄部，相邻的狭窄部处的开口流路以使处理液不直行的方式构成，各减压区域的开口截面积满足预定的关系。

Description

超声波处理装置和微泡的供给方法
技术领域
本发明涉及一种超声波处理装置和微泡的供给方法。
背景技术
一般而言，在钢板、钢管这样的各种金属体的制造工序中，为了去除在金属体的表面存在的污垢、氧化皮等，广泛采用了通过使金属体浸渍于保持有化学溶液、冲洗液等的清洗槽而进行清洗的清洗处理方法。作为实施这样的清洗处理方法的清洗处理装置，例如，存在利用了高压气流喷嘴的处理装置、利用了超声波的超声波处理装置。
在这样的利用了超声波的超声波处理装置中，为了强化超声波清洗中的空化作用，为了提高超声波传播性，设法进行脱气，或者导入成为空化核的微细气泡等。例如，作为进行脱气的方法，提出了使用了真空泵的脱气方法、使用了空心纤维膜的脱气方法、使用了节流的脱气方法等。另外，作为例如导入微细气泡的方法，提出了通过高速回转进行的气泡微细化方法、使气体高压过饱和溶解而在释放时产生微细气泡的方法等。然而，上述那样的脱气方法和微细气泡产生方法分别需要专用的单元，组合了这些方法的装置大型化，价格非常高。
因此，近年来，对使稳定的微细气泡的产生和溶解气体量的调整(即、脱气)一体化的装置进行了研究。
在例如以下的专利文献1中提出了如下装置：利用设置到向螺旋桨式的循环泵导入清洗液的流路内的障碍物使气泡产生，利用循环泵的螺旋桨使气泡微细化，并且，利用与流路连接起来的脱气装置进行清洗液的脱气。
另外，在以下的专利文献2中提出了如下方法：向供液泵的吸入管路引导液体，使吸入管路的一部分缩径，从而在缩径部与供液泵之间进行减压，并且，使液体中的溶解气体作为气泡游离。
另外，在以下的专利文献3中提出了如下装置：针对使处理液循环的循环路径以供液方向成为彼此相反朝向的方式设置两个泵，从而进行处理液的脱气和微细气泡的产生。
另外，作为用于产生微细气泡的技术，在以下的专利文献4和专利文献5中提出了如下方法：在液体的流路内以隔开间隔的方式设置挡板等，利用由于液体碰撞挡板等而产生的空化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-296217号公报
专利文献2：日本特平开7-328316号公报
专利文献3：日本特开2020-14989号公报
专利文献4：日本特开2005-95877号公报
专利文献5：日本特表2016-536139号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述专利文献1和专利文献2所公开的技术中，虽然能够产生微细气泡，但无法稳定地生成具有充分地适合于使用了超声波的清洗处理的气泡直径的微泡。另外，在上述专利文献1所公开的技术中，利用循环泵的螺旋桨剪断气泡，从而使微细气泡产生，因此，存在螺旋桨由于空蚀而破损的可能性，装置的耐久性并不充分。而且，在上述专利文献2所公开的技术中，设置有用于使所产生的泡上浮分离的气液分离槽，以有意地排除泡为目的而产生粗大的泡，没有产生微泡的能力。
另外，即使使用了上述专利文献3～专利文献5所公开的技术，从具有充分地适合于使用了超声波的清洗处理的气泡直径的微泡的稳定生成这样的观点而言，也仍然存在改善的余地。
尤其是，上述专利文献4是如下技术：从已加压的状况进行减压，从而使由于空化而产生的气泡微细化。本发明人等进行了研究，结果如下内容变得清楚：如果无法将减压后的压力设为1个大气压以下，则无法使溶入到液体中的气体气泡化。因此，在上述专利文献4中，难以兼顾脱气和微泡。
因此，本发明是鉴于上述问题而做成的，本发明的目的在于提供如下超声波处理装置和微泡的供给方法：装置的耐久性优异，能够实现适于超声波的传播的溶解气体量，并且，能够稳定地产生更适合于使用了超声波的处理的微泡。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明人等进行了深入研究，结果获得如下见解，从而完成了本发明：通过将满足预定的条件的多级狭窄部恰当地设置于向循环泵导入处理液的配管，从而能够使更适合于使用了超声波的处理的微泡稳定地产生，对机构的耐久性也不造成影响。
基于该见解而完成的本发明的主旨如以下这样。
[1]一种超声波处理装置，其具备：处理部，其能够收纳处理液和被处理物；超声波发生器，其设置于所述处理部，对所述被处理物施加超声波；以及循环路径，其用于使所述处理部中的所述处理液循环，所述循环路径具有：循环泵，其使所述处理液循环；处理液抽出配管，其使从所述处理部所抽出的所述处理液通往所述循环泵；以及处理液喷出配管，其使经由所述循环泵的所述处理液向所述处理部喷出，并且，在所述循环路径设置有微泡产生器，该微泡产生器与所述处理液抽出配管串联地设置，该微泡产生器使所抽出的所述处理液脱气，并且，使所述处理液中产生微泡，所述微泡产生器具有两个以上的使所述处理液的开口流路的大小窄于所述处理液抽出配管的内径的狭窄部，并且，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路以使所述处理液不直行的方式构成，对于各所述狭窄部，在将所述处理液抽出配管的内径的开口截面积设为A0、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第i个所述狭窄部处的所述处理液抽出配管的内径的开口截面积表示为Ai时，表示为Ai/A0的第i个所述狭窄部处的开口截面积比Ri满足下述的式(1)，并且，在将第i个所述狭窄部与第i+1个所述狭窄部之间的间隔表示为Li时，满足下述的式(2)，其中，i是1以上的整数。
[2]根据[1]所述的超声波处理装置，其中，
在沿着管轴方向观察所述处理液抽出配管时，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路的位置相互不重叠。
[3]根据[1]或[2]所述的超声波处理装置，其中，
在所述超声波处理装置设置有保持所述处理液的处理槽作为所述处理部，
所述超声波发生器隔着所述处理液对所述被处理物间接地施加超声波。
[4]根据[1]或[2]所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器对在所述处理部内浸渍到所述处理液的所述被处理物直接施加超声波。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
在将所述狭窄部的个数设为N、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第N个所述狭窄部处的所述开口截面积比表示为RN时，满足下述的式(3)和式(4)。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述狭窄部的个数N是2～10。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有1个或多个由从所述处理液抽出配管的内表面突出的突出构件形成的所述狭窄部。
[8]根据[7]所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有从所述处理液抽出配管的内表面突出的可动式的突出构件作为所述狭窄部。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有1个或多个由设置有1个或多个贯通孔的开口构件形成的所述狭窄部。
[10]根据[1]～[9]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器能够从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。
[11]根据[1]～[10]中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器能够以所选择的所述超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内扫描，并对所述处理液施加超声波。
[12]一种微泡的供给方法，其是在一边对能够收纳处理液和被处理物的处理部施加超声波一边对所述被处理物实施预定处理之际对所述处理部供给含有微泡的所述处理液的微泡的供给方法，其中，针对所述处理部设置：超声波发生器，其设置于所述处理部，对所述被处理物施加超声波；和循环路径，其用于使所述处理部中的所述处理液循环，所述循环路径具有：循环泵，其使所述处理液循环；处理液抽出配管，其使从所述处理部所抽出的所述处理液通往所述循环泵；以及处理液喷出配管，其使经由所述循环泵的所述处理液向所述处理部喷出，并且，在所述循环路径设置有微泡产生器，该微泡产生器与所述处理液抽出配管串联地设置，所述微泡产生器使所抽出的所述处理液脱气，并且，使所述处理液中产生微泡，所述微泡产生器具有两个以上的使所述处理液的开口流路的大小窄于所述处理液抽出配管的内径的狭窄部，并且，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路以使所述处理液不直行的方式构成，对于各所述狭窄部，在将所述处理液抽出配管的内径的开口截面积设为A0、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第i个所述狭窄部处的所述处理液抽出配管的内径的开口截面积表示为Ai时，表示为Ai/A0的第i个所述狭窄部处的开口截面积比Ri满足下述的式(1)，并且，在将第i个所述狭窄部与第i+1个所述狭窄部之间的间隔表示为Li时，满足下述的式(2)，其中，i是1以上的整数。
[13]根据[12]所述的微泡的供给方法，其中，
所述微泡产生器以使向所述处理部喷出的所述处理液中溶解气体量成为饱和溶解气体量的50％以下的方式产生所述微泡。
[14]根据[12]或[13]所述的微泡的供给方法，其中，
所述微泡产生器以使向所述处理部喷出的所述处理液中平均气泡直径是1μm～100μm的所述微泡的气泡密度存在于1×103个/mL～1×1010个/mL的范围内的方式产生所述微泡。
[15]根据[12]～[14]中任一项所述的微泡的供给方法，其中，
所述超声波发生器从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。
[16]根据[12]～[15]中任一项所述的微泡的供给方法，其中，
所述超声波发生器以所选择的所述超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内扫描，并对所述处理液施加超声波。
Ri＝0.10～0.50···式(1)
1.0≤Li/2(A0/π)0.5≤5.0···式(2)
Ri+1≥Ri···式(3)
RN/R1≥1.10···式(4)
发明的效果
如以上进行了说明这样，根据本发明，能够提供如下超声波处理装置和微泡的供给方法：能够实现适于超声波的传播的溶解气体量，并且，在使用了超声波的处理中，能够稳定地产生更适合的微泡，装置的耐久性也优异。
附图说明
图1A是示意性地表示本发明的实施方式的超声波处理装置的结构的一个例子的说明图。
图1B是示意性地表示本发明的实施方式的超声波处理装置的结构的一个例子的说明图。
图2是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图3是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图4是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图5是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图6是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图7是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图8是用于对本发明的实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。
图9A是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。
图9B是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。
图9C是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。
图9D是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。
图9E是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。
图10A是表示微泡产生器的内部中的压力分布的情形的曲线图。
图10B是表示微泡产生器的内部中的压力分布的情形的曲线图。
图10C是表示微泡产生器的内部中的压力分布的情形的曲线图。
图10D是表示微泡产生器的内部中的压力分布的情形的曲线图。
图11是用于对微泡产生器进行说明的曲线图。
图12是用于对微泡产生器进行说明的曲线图。
图13是用于对微泡产生器进行说明的曲线图。
图14是表示微泡的粒径与溶解氧浓度之间的关系的曲线图。
图15是示意性地表示在实验例1中所使用的装置的结构的说明图。
图16是示意性地表示在实验例1中所使用的微泡产生器的结构的说明图。
图17A是示意性地表示在实验例2中所使用的超声波处理装置的结构的说明图。
图17B是示意性地表示在实验例2中所使用的超声波处理装置的结构的说明图。
图18是用于对超声波强度的测定位置进行说明的说明图。
图19A是示意性地表示在实验例3中所使用的超声波处理装置的结构的说明图。
图19B是示意性地表示在实验例3中所使用的超声波处理装置的结构的说明图。
图20是示意性地表示在实验例4中所使用的超声波处理装置的结构的说明图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细地说明本发明的优选的实施方式。此外，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能构成的构成要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
(超声波处理装置的整体结构)
首先，一边参照图1A和图1B，一边简单地说明本发明的实施方式的超声波处理装置的整体的结构。图1A和图1B是示意性地表示本实施方式的超声波处理装置的整体的结构的一个例子的说明图。
本实施方式的超声波处理装置1是除了使用对被处理物实施预定的处理的处理液之外还同时使用超声波并对被处理物的表面(与处理液接触的部位)实施预定的处理的装置。该超声波处理装置1能够在对钢材等所代表的各种金属体、塑料树脂制构件等所代表的各种非金属体等实施例如清洗等各种处理之际利用。例如，将钢板、钢管、钢线材等这样的各种金属体作为被处理物，通过使用本实施方式的超声波处理装置1，能够对这些金属体进行酸洗处理、脱脂处理、进而清洗处理。另外，本实施方式的超声波处理装置1也可在实施酸洗处理后的水洗处理之际使用。
其中，酸洗处理是指使用酸性溶液而去除在金属体的表面形成的氧化物氧化皮的处理，脱脂处理是指使用有机溶剂、利用表面活性剂使有机溶剂乳化而成的乳化液、或者碱系的脱脂液而去除加工处理等所使用的润滑剂、加工油等油分的处理。这些酸洗处理和脱脂处理是在对金属体实施表面精加工处理(金属包覆处理、化学转化处理、涂装处理等)之前实施的前处理。也有时利用该酸洗处理使基体金属的一部分溶解。另外，在用于使表面精加工品质提高的基于蚀刻进行的金属体的溶解中也采用该酸洗处理。另外，也存在在酸洗处理之前设置有脱脂处理的情况，脱脂处理中的脱脂性能也有时给之后的酸洗处理的氧化皮的去除带来影响。进而，脱脂处理也使用于作为最终产品的精加工品质的油分管理指标、即润湿性的改善。
而且，以下详细论述的本实施方式的超声波处理装置1除了使用于上述那样的生产线中的清洗工序以外，还可使用于使用完毕的配管、需要定期进行污垢去除或者不定期进行污垢去除的罐、装置的清洗等。
以下，作为处理部的一个例子，列举如下情况为例而详细地进行说明：存在保持有处理液的处理槽，被处理物以由处理液充满的方式设置于该处理槽的内部。
不过，本实施方式的超声波处理装置1针对如例如对设置于换热器的配管进行超声波处理的情况等这样可将预先设置于装置的作为处理对象的构件用作处理槽的装置可不另外设置处理槽地进行应用。
如图1A所例示这样，本实施方式的超声波处理装置1具有处理槽10、超声波发生器20、以及处理液的循环路径30。另外，如图1A所示，处理液的循环路径30具有循环泵31、处理液抽出配管33、以及处理液喷出配管35，与处理液抽出配管33串联地设置有微泡产生器40。利用微泡产生器40使微泡于在循环路径30流动的处理液3中产生，所产生的微泡与处理液3一起向处理槽10内供给。另外，本实施方式的超声波处理装置1优选除了具有上述的结构之外，还具有曲面构件50。
其中，微泡是指气泡直径为100μm以下的微细气泡。微泡用于使超声波相对于被处理物的传播效率提高，并作为超声波空化核而使处理性提高。
另外，如图1B所示意性地表示这样，对于超声波发生器20、循环路径30、微泡产生器40、以及曲面构件50的个数和配置，并没有特别限定，可根据处理槽10的形状、大小适当调整个数并配置。另外，图中的各构件的大小为了容易说明而适当强调，并不用于表示实际的尺寸、构件间的比率。
以下，详细地说明本实施方式的超声波处理装置1中的各结构。
＜对于处理槽10＞
在作为处理部的一个例子的处理槽10收容有为了对被处理物实施预定的处理而使用的处理液3、被处理物本身。由此，收容到处理槽10内的被处理物浸渍于处理液3，从而以由处理液3充满了的状态存在。对于保持于处理槽10的处理液3的种类，并没有特别限定，可根据对被处理物进行的处理使用公知的处理液。
其中，为了形成本实施方式的处理槽10而使用的原材料并没有特别限定，既可以是铁、钢、不锈钢板等这样的各种金属材料，也可以是纤维增强塑料(FRP)、聚丙烯(PP)等这样的各种塑料树脂，也可以是耐酸砖等这样的各种砖。即、作为构成本实施方式的超声波处理装置1的处理槽10，也可重新准备由上述那样的原材料形成的处理槽，也可利用各种生产线中的已设的处理槽。
另外，对于处理槽10的大小，也没有特别限定，即使是液面深度1m～2m程度×全长3m～25m程度这样的各种形状的大型处理槽，也可用作本实施方式的超声波处理装置1的处理槽10。
＜对于超声波发生器20＞
超声波发生器20用于对收容于处理槽10的处理液3、被处理物施加预定频率的超声波。超声波发生器20并没有特别限定，可利用与未图示的超声波振荡器连接着的超声波振子等公知的超声波发生器。另外，在图1A和图1B中，对将超声波发生器20设置于处理槽10的壁面的情况进行了图示，对于超声波发生器20相对于处理槽10的设置位置，也没有特别限定，针对处理槽10的壁面、底面适当设置1个或多个超声波振子即可。此外，如果成为超声波在处理槽10整体均匀地传播这样的条件，则各超声波振子的振荡负载的平衡会成为同样程度，因此，即使超声波振子的个数是多个，在所产生的超声波间也不产生干涉。
从超声波发生器20输出的超声波的频率例如优选是20kHz～200kHz。在超声波的频率小于20kHz的情况下，存在如下情况：超声波传播被从被处理物的表面产生的尺寸较大的气泡阻碍，由超声波带来的处理性提高效果降低。另外，在超声波的频率超过200kHz的情况下，存在如下情况：处理被处理物之际的超声波的直行性变得过强而处理的均匀性降低。从超声波发生器20输出的超声波的频率优选是20kHz～150kHz，进一步优选是25kHz～100kHz。
此外，所施加的超声波的频率优选根据被处理物在上述范围内选定恰当的值，也可以根据被处理物的种类施加两种以上频率的超声波。
另外，超声波发生器20优选具有如下频率扫描功能：能以所选择的某一超声波的频率为中心而在预定的范围内进行频率扫描，同时施加超声波。根据这样的频率扫描功能，可实现以下这样的两个进一步的效果。
在对在液体中存在的、含有微泡的微小气泡施加超声波的情况下，被称为Bjerknes力的力作用于微小气泡，微小气泡根据依赖于频率的谐振气泡半径R0而被吸引到超声波的波腹、波节的位置。其中，由于超声波施加机构20所具有的频率扫描功能，从而在超声波的频率变化了的情况下，依赖于频率的谐振气泡半径R0根据频率的变化而扩大。其结果，空化产生的泡径扩大，可将很多微小气泡(例如微泡)用作空化核。由此，由于超声波发生器20所具有的频率扫描功能，从而本实施方式的超声波处理装置1的处理效率进一步提高。
另一方面，作为超声波的一般的性质，公知有如下现象：在“超声波的波长成为与照射物体的厚度相对应的波长的1/4时，超声波透过照射物体”。因此，通过一边在恰当的范围内进行频率扫描一边施加超声波，从而在例如被处理物是管状体等具有空心部的被处理物的情况下，可使透向管状体内的超声波增加，本实施方式的超声波处理装置1的处理效率进一步提高。
其中，在考虑超声波在照射物体表面处的透过的情况下，超声波不仅存在向照射物体垂直入射的情况，而且一边反复进行多重反射一边传播，因此，存在难以形成恒定的声场的倾向。其中，为了产生透过照射物体的壁面的条件，优选实现如下这样的频率：无论被处理物的位置存在于何处，都能够满足“超声波的波长成为与被处理物的厚度相对应的波长的1/4”这样的条件。对于这样的频率的范围，本发明人等进行了研究，结果，如下内容变得清楚：以所选择的某一超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内进行频率扫描，同时施加超声波，从而可实现上述那样的超声波的透过。根据这些理由，超声波发生器20优选具有如下频率扫描功能：能够以所选择的某一超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内进行频率扫描，同时施加超声波。
＜对于循环路径30和微泡产生器40＞
循环路径30是用于使保持于处理槽10的处理液3循环的路径。如图1A所示，该循环路径30至少具有：循环泵31，其用于使处理液3循环；处理液抽出配管33，其使从处理槽10所抽出的处理液3通往循环泵31；以及处理液喷出配管35，其使经由循环泵31的处理液3向处理槽10喷出。另外，如图1A所示，微泡产生器40与处理液抽出配管33串联地设置，使从处理槽10所抽出的处理液3脱气，并且，使处理液3中产生微泡。
其中，循环泵31设为使用例如离心泵、隔膜泵等一般的通用泵，设为不使用真空泵、减压泵、加压泵等特殊的泵。
微泡产生器40设置于处于负压环境下的处理液抽出配管33的中途。利用该微泡产生器40在从处理槽10所抽出的处理液3中生成微泡。此外，在将微泡产生器40不是设置于处理液抽出配管33、而是设置到处于正压环境下的处理液喷出配管35的中途的情况下，无法进行处理液3的脱气，作为结果，无法产生所期望的微泡。
其中，通过微泡产生器40在要向处理槽10喷出的处理液3中生成的微泡的平均气泡直径优选是1μm～100μm。其中，平均气泡直径是指在与微泡的直径有关的个数分布中样本数最大的直径。在平均气泡直径小于1μm的情况下，存在如下情况：微泡产生器40变得大型，难以进行使气泡直径整齐的微泡的供给。平均气泡直径更优选是2μm以上，进一步优选是3μm以上。由此，可更可靠地实现使气泡直径整齐的微泡的供给。另一方面。在平均气泡直径超过100μm的情况下，存在如下情况：微泡的上浮速度增加，从而清洗液中的微泡的寿命变短，无法进行现实的清洗。另外，在气泡直径过大的情况下，存在如下情况：超声波的传播被微泡阻碍，超声波所具有的清洗力提高效果降低。平均气泡直径更优选是90μm以下，进一步优选是80μm以下，更加优选是70μm以下。由此，可更可靠地防止超声波所具有的清洗力提高效果降低。
另外，通过微泡产生器40向处理槽10喷出的处理液3中的微泡的气泡密度优选是1×103个/mL～1×1010个/mL。在微泡的气泡密度小于103个/mL的情况下，存在无法充分地获得由微泡带来的超声波传播性提高作用的情况，另外，处理所需要的超声波空化核变少，并不优选。微泡的气泡密度更优选是1×103个/mL以上，进一步优选是5×103个/mL以上，更加优选是1×104个/mL以上。由此，能够更可靠地体现由微泡带来的超声波传播性提高作用。另一方面，在微泡的气泡密度超过1×1010个/mL的情况下，存在如下情况：微泡产生器40变得大型，或增多微泡产生器40的台数，微泡的供给并不现实，并不优选。微泡的气泡密度更优选是1×109个/mL以下，进一步优选是1×108个/mL以下，更加优选是1×107个/mL以下。
此外，优选的是，在使用了本实施方式的超声波处理装置1的作业时，在进行了控制以使保持于处理槽10内的处理液中的微泡的气泡密度与向处理槽10喷出的处理液3中的微泡的气泡密度一致之后实施上述那样的各种处理。
另外，微泡产生器40优选使处理液3中产生微泡，以使具有与超声波的频率谐振的直径即频率谐振直径以下的气泡直径的微泡的个数的比例成为在处理液3中存在的微泡整体的个数的70％以上。以下，对其理由进行说明。
含有微泡的各种气泡的固有频率也被称为Minnaert谐振频率，由以下的式101提供。
[数式1]
Figure BDA0004113629660000141
其中，在上述式101中，
f0：气泡的固有频率(Minnaert谐振频率)
R0：气泡的平均半径
p∞：周边液体的平均压力
γ：绝热比(空气的γ＝1.4)
ρ：液体密度。
在设为当前空气存在于所着眼的气泡的内部的情况下，若气泡的周边液体是水、压力是大气压，则根据上述式101，气泡的固有频率与气泡的平均半径之积f0R0的值成为约3kHz·mm左右。由此，如果所施加的超声波的频率是20kHz，则与该超声波谐振的气泡的半径R0就成为约150μm，因此，与频率20kHz的超声波谐振的气泡的直径即频率谐振直径2R0成为约300μm。同样地，如果所施加的超声波的频率是100kHz，则与该超声波谐振的气泡的半径R0就成为约30μm，因此，与频率100kHz的超声波谐振的气泡的直径即频率谐振直径2R0成为约60μm。
此时，具有比谐振半径R0大的半径的气泡成为阻碍因素。其原因在于，在含有微泡的气泡谐振之际，气泡在短时间内反复膨胀和收缩，最终压坏，但如果气泡的大小在第一声波通过气泡的时间点比频率谐振直径2R0大，则超声波会在气泡表面扩散。相反，如果气泡的大小在第一声波通过气泡的时间点比频率谐振直径2R0小，则超声波不会在气泡表面扩散，能够在气泡中通过。
出于该观点考虑，在处理液3中，优选使具有频率谐振直径2R0以下的气泡直径的微泡的个数的比例为在处理液3中存在的微泡整体的个数的70％以上。通过使具有频率谐振直径2R0以下的气泡直径的微泡的个数的比例为70％以上，可进一步提高超声波的传播效率。另外，使第一声波传播到处理槽10的壁面/底面，从而反复进行超声波向处理槽10整体的扩散和反射，可实现均匀的超声波处理槽。另外，频率谐振直径2R0以下的气泡在超过预定的超声波照射时间时也会反复膨胀和收缩而压坏，能够有助于利用了空化的处理。
此外，考虑到存在不少在微泡刚刚产生之后就膨胀的泡，优选的是，具有频率谐振直径2R0以下的气泡直径的微泡的个数的比例是98％以下。具有频率谐振直径2R0以下的气泡直径的微泡的个数的比例更优选是80％以上且98％以下。
其中，微泡的平均气泡直径、气泡密度可利用液中微粒计测器、气泡直径分布计测装置等这样的公知的设备测定。
另外，在本实施方式的超声波处理装置1中，为了兼顾更均匀的超声波传播和较高的清洗性，优选利用微泡产生器40将处理液3中的溶解气体量(更详细而言，溶解氧量)控制成恰当的值。这样的处理液3中的恰当的溶解气体量优选是处理液3中的溶解饱和量的1％～50％。在溶解气体量小于溶解饱和量的1％的情况下，难以使气泡以微泡的形式产生，而且不会发生基于超声波进行的空化，无法发挥由超声波带来的处理性提高能力(表面处理性提高能力)，因此，并不优选。另一方面，在溶解气体量超过溶解饱和量的50％的情况下，超声波的传播被所溶解的气体阻碍，超声波向处理槽10整体的均匀的传播被阻碍，因此，并不优选。处理液3中的溶解气体量(溶解氧量)优选是处理液3中的溶解饱和量的5％～40％以下。
其中，若处理液3的温度变化，则处理液3的溶解饱和量会变化。另外，起因于处理液3的温度变化的、构成处理液3的液体的分子运动量(例如水分子运动量)的不同影响传播性。具体而言，若温度较低，则构成处理液3的液体的分子运动量较少，超声波易于传播，处理液3的溶解饱和量(溶解氧量)也变高。因而，优选适当控制处理液3的温度，以便可实现处于上述范围内的所期望的溶解气体量(溶解氧量)。处理液3的温度也取决于使用处理液3而实施的具体处理内容，例如，优选是20℃～85℃程度。
具体而言，处理液3中的溶解气体量例如优选是0.1ppm以上且11.6ppm以下，更优选是1.0ppm以上且11.0ppm以下。因此，本实施方式的循环路径30和微泡产生器40控制处理液3的温度、处理液3中的溶解气体量，以使保持于处理槽10内的处理液3中的溶解气体量成为上述那样的范围的值。
其中，处理液3中的溶解气体量可利用隔膜电极法和光学式溶解氧计这样的公知的设备测定。
此外，水溶液中的溶解气体主要是氧、氮、二氧化碳、氦、氩，虽然受到水溶液的温度、成分的影响，但氧和氮占有其大半。另外，能够给在本实施方式中所着眼的各种超声波处理带来影响的溶解气体主要是氧。
恰当地设定以下详细论述的微泡产生器40的构造而恰当地控制处理液3的减压-释放循环，从而实现以上那样的微泡的平均气泡直径和气泡密度以及处理液3中的溶解气体量。
以下，一边参照图2～图14，一边详细地说明本实施方式的微泡产生器40和供该微泡产生器40设置的处理液抽出配管33。
图2～图8是用于对本实施方式的超声波处理装置所具备的微泡产生器进行说明的说明图。图9A～图9E是表示微泡产生器的内部中的压力变化的情形的曲线图。图10A～图10D是表示微泡产生器的内部中的压力分布的情形的曲线图。图11～图13是用于对微泡产生器进行说明的曲线图。图14是表示微泡的粒径与溶解氧浓度之间的关系的曲线图。
如图2示意性地表示那样，本实施方式的微泡产生器40具有两个以上的使处理液3的开口流路(处理液3流动的路径)的大小窄于处理液抽出配管33的内径的狭窄部41，并且，相邻的狭窄部41处的开口流路以使处理液3不直行的方式构成。如以下详细论述这样，处理液3在狭窄部41处被减压而成为减压状态，在与相邻的狭窄部41之间相对应的部分(也包括接着位于最靠近循环泵31那一侧的狭窄部的、不存在障碍物等的区域，以下，也称为“非狭窄部43”)中，处于减压状态的处理液3的压力被释放。因此，狭窄部41能够认为是处理液3进行减压的减压区域，非狭窄部43能够认为是释放处于减压状态的处理液3的压力的释放区域。另外，进行处理液3的减压和释放的减压释放循环系统45由狭窄部41和非狭窄部43构成。
在各狭窄部41处，在处理液抽出配管33的内壁设置有对处理液3来说的障碍物，以使处理液3的流路缩窄，在各非狭窄部43处，不存在该障碍物，处理液抽出配管33的开口截面全部成为处理液3的流路。
在上述那样的狭窄部41的个数N仅存在1个的情况下，无法使处理液3充分地减压，另外，由于空化而产生的气泡的直径变大，无法稳定地产生更适合于使用了超声波的处理的微泡。此外，微泡产生器40中的狭窄部41的个数N优选设为10个以下。在狭窄部41的个数N超过10个的情况下，会产生压损，并且，对微泡的气泡直径的影响也变小，因此，并不优选。微泡产生器40中的狭窄部41的个数N更优选是两个以上且8个以下，进一步优选是两个以上且6个以下，更加优选是两个以上且4个以下。
该狭窄部41存在于处理液抽出配管33，从而能够在负压环境下进一步设置高效的减压区域而使处理液3中的溶解气体气泡化，通过反复设置狭窄部41，能够使所产生的气泡微细化。处理液抽出配管33内的负压环境优选处于-0.05MPa～-0.10MPa的范围内。
在本实施方式的微泡产生器40中，在将处理液抽出配管33的内径的开口截面积设为A0、将从处理槽10侧朝向循环泵31侧数第i个(i是1以上的整数，与狭窄部41的个数相对应)狭窄部41处的处理液抽出配管33的内径的开口截面积设为Ai时，表示为Ai/A0的第i个狭窄部41处的开口截面积比Ri相互独立，满足以0.10≤(Ai/A0)≤0.50表示的关系。
其中，开口截面积Ai是在第i个狭窄部41处成为开口流路的部分的面积的最大值(更详细而言，将第i个狭窄部41投射到与管轴方向垂直的面时的、成为开口流路的部分的面积的最大值)。
在图2中，对各狭窄部41通过为了实现所期望的开口截面积比(Ai/A0)而以从处理液抽出配管33的内表面突出的方式设置的突出构件401来实现的情况进行了图示。在图2所示的例子中，第1减压释放循环系统45中的狭窄部41的开口截面积A1相对于非狭窄部43的开口截面积A0满足以0.10≤(A1/A0)≤0.50表示的关系。同样地，第2减压释放循环系统45中的狭窄部41的开口截面积A2相对于释放区域43的开口截面积A0满足以0.10≤(A2/A0)≤0.50表示的关系。
在开口截面积比(Ai/A0)小于0.10的情况下，狭窄部41处的处理液3的流路变得过窄，结果存在如下可能性：无法确保充分的流路，因此，给处理液的循环带来阻碍，由于泵负载而产生故障。各狭窄部41的开口截面积比(Ai/A0)相互独立，优选是0.15以上，更优选是0.20以上。另一方面，在开口截面积比(Ai/A0)超过0.50的情况下，狭窄部41处的处理液3的流路变得过宽，结果，无法充分地进行减压，无法产生恰当的气泡直径的微泡。各狭窄部41的开口截面积比(Ai/A0)相互独立，优选是0.45以下，更优选是0.40以下。
另外，根据本发明人等所实施的以下所示的模拟结果，如下内容变得清楚：以障碍物的边缘(在图2所示的例子中，突出构件401的位于处理槽10侧的由虚线围着的边缘)为起点而产生负压。因此，突出构件401也可以具有图3所示这样的边缘形状。此外，在具有图3所示这样的边缘形状的突出构件401的情况下，以开口流路的大小最窄的部位为起点而产生负压。将突出构件401的形状设为图3所示这样的形状，从而可更可靠地使负压产生。
狭窄部41也可以不是通过图2、图3所示这样的突出构件41来实现，而是通过例如如图4所示为了实现所期望的开口截面积比(Ai/A0)而设置有1个或多个贯通孔的开口构件403来实现。在该情况下，通过考虑开口构件403在处理液抽出配管33内的配置，从而也能够以使处理液3不直行的方式构成狭窄部41的开口流路。其中，“处理液3不直行”是指，在沿着管轴方向观察时，狭窄部41处的开口流路的50％以上由相邻的狭窄部41的非开口部分堵塞的状态。此外，对于开口构件403的贯通孔的形状、配置方法，并没有特别限定，进行适当决定，以能够实现所期望的开口截面积比(Ai/A0)即可。
另外，为了更可靠地使处理液3不直行，更优选的是，在沿着管轴方向观察处理液抽出配管33时，相邻的狭窄部41的开口流路的位置相互不重叠。
另外，作为狭窄部41，如图5所示，也可以组合在图2和图3中所公开这样的突出构件401和在图4中所公开这样的开口构件403。即、狭窄部41中的至少一者既可以由突出构件401实现，也可以由开口构件403实现。
而且，作为狭窄部41中的至少一者，如图6示意性地表示这样，也可使用可使突出构件相对于流路突出的突出程度在预定的开口截面积比(Ai/A0)的范围内变化的可动式的突出构件405。此外，在图6中，一个狭窄部41由开口构件403实现，但一个狭窄部41也可以由突出构件401实现。
本发明人等构筑了各种在图7中示出了一个例子这样的、具有连续地设置的两个减压释放循环系统45的微泡产生器40的模型，使用作为市场上销售的通用物理模拟软件的COMSOL Multiphysics，对于微泡产生器40，实施了各种模拟。
其中，如图7所示，微泡产生器40的各狭窄部设为由突出构件401实现，将各狭窄部处的开口截面积分别设为A1、A2，将非狭窄部处的开口截面积(处理液抽出配管33的开口截面积)设为A0。此外，赋予非狭窄部处的开口截面积A0的处理液抽出配管33的内径D0设为50mm。另外，第1狭窄部和第2狭窄部设为以分开距离L＝100[mm]相邻。其中，分开距离L设为相邻的狭窄部的中央部间距离。将第1狭窄部和第1非狭窄部处的处理液3的压力分别设为P1、P1’，将第2狭窄部和第2非狭窄部处的处理液3的压力分别设为P2、P2’。
其中，本模拟中所构筑的微泡产生器40的模型是图8所示的5种，No.4和No.5的模型成为处于本发明的范围外的微泡产生器40的模型。在各模型中，在将各狭窄部处的开口截面积比(A1/A0)、(A2/A0)分别设定成图8所示的值的基础上，使微泡产生器40的入侧处的压力以0Mpa共通，使处理液3的出侧流速以0.15m/秒共通。此外，在以下的模拟中，将微泡产生器40的入侧压力设为0Pa，未设为负压，但另外确认到：在设为负压的情况下，也可获得维持以下所示的各位置处的压力差(差距)的关系的结果。
将本模拟中的微泡产生器40的出侧处的微泡(有时简写为“FB”)的粒径(平均气泡直径)一并表示在图8中。另外，将No.1、No.2、No.3、No.4、No.5的模型的、微泡产生器40的内部中的压力变化的情形表示在图9A～图9E中。而且，将No.1、No.2、No.3、No.5的模型的微泡产生器40的内部中的压力分布的情形表示在图10A～图10D中。
首先，对于图8的No.1所示的模型，参照图9A所示的结果。可知：从微泡产生器40的入侧流入到微泡产生器40内的处理液3在第1狭窄部处被减压到P1＝-180Pa左右之后，在第1非狭窄部处压力上升到P1’＝-80Pa～-60Pa程度，在第2狭窄部处进一步减压到P2＝-240Pa左右之后，在第2非狭窄部处压力上升到P2’＝-140Pa～-80Pa程度。另外，从图8可知，此时所获得的微泡的粒径是0.010mm(＝10μm)。另外，在着眼于图10A所示的压力分布时，图10A中的等压线(连结表示相同的压力值的位置的线段)的起点为突出构件401的位于上游侧的端点，如前面所提及这样，可知：以障碍物的边缘(突出构件401的位于处理槽10侧的边缘)为起点而产生负压。
另外，对于图8的No.2所示的模型，参照图9B所示的结果。可知：从微泡产生器40的入侧流入到微泡产生器40内的处理液3在第1狭窄部处被减压到P1＝-140Pa左右之后，在第1非狭窄部处释放压力，在第2狭窄部处被进一步减压到P2＝-280Pa左右之后，在第2非狭窄部处释放压力。另外，从图8可知，此时所获得的微泡的粒径是0.050mm(＝50μm)。另外，在着眼于图10B所示的压力分布时，对于本模型，也与No.1的模型同样地，图10B中的等压线(连结表示相同的压力值的位置的线段)的起点为突出构件401的位于上游侧的端点，如前面所提及这样，可知：以障碍物的边缘(突出构件401的位于处理槽10侧的边缘)为起点而产生负压。
对于图8的No.3所示的模型，参照图9C所示的结果。可知：从微泡产生器40的入侧流入到微泡产生器40内的处理液3在第1狭窄部处被减压到P1＝-260Pa左右之后，在第1非狭窄部处释放压力，在第2狭窄部处也进一步减压到P2＝-260Pa左右之后，在第2非狭窄部处释放压力。另外，从图8可知，此时所获得的微泡的粒径是0.005mm(＝5μm)。另外，在着眼于图10C所示的压力分布时，对于本模型，也与No.1的模型同样地，图10C中的等压线(连结表示相同的压力值的位置的线段)的起点为突出构件401的位于上游侧的端点，如前面所提及这样，可知：以障碍物的边缘(突出构件401的位于处理槽10侧的边缘)为起点而产生负压。
另一方面，对于以使处理液3直行的方式设置有突出构件401的、图8的No.4所示的模型，参照图9D所示的结果。可知：从微泡产生器40的入侧流入到微泡产生器40内的处理液3在第1狭窄部处被减压到P1＝-180Pa左右之后，在第1非狭窄部处压力上升到P1’＝-90Pa～-70Pa程度，在第2狭窄部处被减压到P2＝-140Pa左右之后，在第2非狭窄部处压力上升到P2’＝-120Pa～-70Pa程度。另外，从图8可知，此时所获得的微泡的粒径是0.200mm(＝200μm)。
另外，对于具有与以往存在的文丘里管的构造同样的构造的、图8的No.5所示的模型，参照图9E所示的结果。在该情况下，可知：从微泡产生器40的入侧流入到微泡产生器40内的处理液3在第1狭窄部处被减压到P1＝-65Pa左右之后，在第1非狭窄部处压力释放到P1’＝-35Pa左右。另外，从图8可知，此时所获得的微泡的粒径是5.00mm。另外，在着眼于图10C所示的压力分布时，对于本模型，图10D中的等压线的起点也为突出构件401的位于上游侧的端点。
对于图8所示的5种模型，将与各狭窄部和非狭窄部处的压力值和所获得的微泡的粒径有关的模拟结果一并表示到图11中。
如前面所提及这样，在本实施方式的微泡产生器40中，优选产生微泡的粒径(平均气泡直径)是100μm以下的微泡。另一方面，可知：在No.1、No.2以及No.3的模型中，能够产生平均气泡直径是100μm以下的微泡，但在No.4和No.5的模型中无法产生平均气泡直径是100μm以下的微泡。
若比较这些结果，则可知：在平均气泡直径成为100μm以下的模型中，第2狭窄部处的压力值相比第1狭窄部处的压力值而言足够小，另一方面，在平均气泡直径超过了100μm的模型中，第2狭窄部处的压力值比第1狭窄部处的压力值大。另外可知：在两个以上的减压释放循环系统中，优选第1狭窄部处的压力值和第2狭窄部处的压力值都是压力值足够小。可知：通过缩小微泡产生器40的入侧的开口截面积比，能够实现该结果。
另外，将针对图8的No.1所示的模型在保持分开距离L设为100mm、处理液3的流速设为0.15m/秒的状态下使处理液抽出配管33的内径D0变化成25mm、50mm、100mm、200mm这4种的情况的模拟结果表示在图12中。其中，处理液抽出配管33的内径D0也能够使用处理液抽出配管33的内径的开口截面积A0而表示为2×(A0/π)0.5。
在图12中，横轴表示分开距离L/抽出配管内径D0之间的关系，若着眼于微泡的粒径(平均气泡直径)，则可知：在1.0≤L/D0≤5.0的范围内，微泡的粒径成为100μm以下。另外，可知：在第2狭窄部处的压力值P2变小的L/D0＝2.0时，微泡粒径变得更小。根据该结果，在L/D0＜1.0的范围内，未产生减压区间内的充分的压力差，无法使微泡产生。通过满足1.0≤L/D0这样的关系，能够实现微泡的粒径为100μm以下。L/D0的值优选是1.5以上或2.0以上。通过成为1.5≤L/D0或2.0≤L/D0，能够使微泡粒径更加小。另一方面，在5.0＜L/D0的范围内，也能够生成粒径100μm以下的微泡，但呈现压力差变小的倾向，分开距离L越长，也越需要配管长度，因此，出于装置设置的限制的观点考虑，并不优选。L/D0的值优选是4.5以下，更优选是4.0以下。
此外，上述那样的模拟中，即使是在处理液抽出配管33的内径D0成为两倍的情况下，通过将分开距离L设为两倍，将流速设为4倍，也可获得与上述说明同样的结果，与原来的内径的情况相比较，微泡的平均气泡直径和气泡密度不变。
另外，在另行将狭窄部的个数设为两个以上的情况下，实施了与上述的模拟同样的模拟，结果，如下内容变得清楚：在两个以上的减压释放循环系统中，位于最靠处理槽10侧的第1狭窄部处的压力值和设置于第1狭窄部的下游侧的(以与第1狭窄部相邻的方式设置的)第2狭窄部处的压力值都变小对于微泡的更加微细化有效。
优选的是，除了上述内容之外，还将位于靠近循环泵31那一侧的开口截面积与微泡产生器40的入侧的开口截面积之比设为1.10倍以上。
即、在将狭窄部的个数设为N、将从处理槽10那一侧朝向循环泵31侧数第N个狭窄部处的开口截面积比表示为RN时，优选满足下述的式(151)和式(153)。
Ri+1≥Ri···式(151)
RN/R1≥1.10···式(153)
通过同时满足上述式(151)和式(153)，可使狭窄部处的压力值更小，更加易于进行脱气，而且可使微泡的粒径更小。RN/R1的值更优选是1.25以上。
接着，对处理液抽出配管33和微泡产生器40中的处理液3的流速V进行研究。其中，若考虑稳定的处理液3的循环，则流速V优选是至少0.05m/秒以上。另一方面，在将流速V设为超过了5m/秒的值的情况下，循环泵31大型化，并且，流速V变得过快，结果存在产生微泡产生器40的破损的可能性。因而，在本实施方式中，处理液抽出配管33和微泡产生器40中的处理液3的流速V优选设为0.050m/秒以上且5.000m/秒以下。
其中，将针对图8的No.1所示的模型使处理液3的流速变化成0.075m/秒、0.150m/秒、0.300m/秒的情况的模拟结果表示在图13中。从图13可知：处理液3的流速V越快，第2狭窄部处的压力值P2越小，并且，所产生的微泡的粒径(平均气泡直径)也越小。
另外，通过恰当地控制处理液容量[m3]/循环流量(＝流速[m/min]×(配管内径D0[m]/2)2×π)×循环路径数×时间[min]，从而能够将处理液3中的微泡的气泡密度调整在所期望的范围。通过将上述范围设为0.03～6.70的范围内，能够更可靠地实现适当的微泡的气泡密度。上述的范围更优选处于0.05～6.00的范围内。
以上进行了说明的内容是在本实施方式中着眼于处理液抽出配管33和微泡产生器40的各种条件的内容，以下，对处理液3的条件进行研究。
将处理液3(例如水)中的溶解气体浓度(％)与存在于该处理液3中的微泡的粒径(平均气泡直径)之间的关系表示在图14中。如从图14显而易见这样，可知：微泡的粒径与处理液3的溶解气体浓度(换言之，处理液3的脱气状态)相应地变化，通过控制处理液3的溶解气体浓度，从而可将微泡的粒径控制成所期望的状态。如从图14显而易见这样，可知：为了使微泡的粒径为100μm以下，优选将处理液3中的溶解气体浓度设为50％以下。
其中，通过使处理液3的流速V变化、或调整开口截面积比(Ai/A0)，能够将处理液3中的溶解气体浓度(即、溶解气体量)调整成所期望的范围内的值。例如，通过提升循环泵31的功率而使处理液3的流速V增加，从而能够提高所产生的负压，使溶解气体浓度降低。另外，通过缩小开口截面积比(Ai/A0)，能够提高所产生的负压，使溶解气体浓度降低。此时，在本实施方式的微泡产生机构40的下游侧，一边利用上述那样的公知的设备测定溶解气体量，一边将上述那样的各控制条件调整到溶解气体量成为所期望的范围内的值为止即可。此外，优先调整处理液3的流速V和开口截面积比(Ai/A0)中的哪一者并没有特别限定，首先调整易于调整的控制条件即可。通过利用上述那样的方法调整处理液3中的溶解气体量，能够将所产生的微泡的平均气泡直径、浓度(密度)设为所期望的范围内的值。
以上，一边参照图2～图14，一边详细地说明了本实施方式的循环路径30和微泡产生机构40。
＜对于曲面构件50＞
再次返回到图1A和图1B，简单地说明本实施方式的曲面构件50。
曲面构件50是具有朝向超声波发生器20的振动面凸起的曲面的构件，是使到达曲面构件50的超声波向多个方向反射的构件。通过将该曲面构件50设置于处理槽10内的壁面和底面中的至少任一者，可使从超声波发生器20的振动面所产生的超声波向处理槽10内的整体传播。此外，曲面构件50根据需要设置即可，在本实施方式的超声波处理装置1中，也可以不存在曲面构件50。
更详细而言，在本实施方式的曲面构件50至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部具有处于向超声波施加机构20的振动面侧相比于除了凸弯曲部以外的部分突出来的状态的凸曲面。另外，本实施方式的曲面构件50也可以具有不是凸弯曲部的部分即非凸弯曲部，也可以仅由凸曲面构成。而且，本实施方式的曲面构件50既可以是实心的柱状体，也可以是空心的筒状体。另外，在曲面构件50是空心的情况下，在安装到处理槽10的状态的曲面构件50的空隙既可以存在空气等各种气体，也可以存在保持于处理槽10的处理液3等各种液体。
曲面构件50具有上述那样的凸曲面，从而使超声波向多个方向反射，能够实现没有偏差的均匀的超声波传播而抑制超声波间的干涉。其中，在曲面构件50包括凹部的情况下，超声波在凹部反射而会聚，无法有效地使超声波向处理槽10整体反射。另外，即使是在包括凸部的情况下，在凸部不是曲面而是平面的情况下，也只能使超声波向一个方向反射，无法有效地使超声波向处理槽10整体反射。
具有上述那样的形状的曲面构件50优选使用使超声波反射的原材料形成。作为该原材料，例如，能够列举出声阻抗(固有声阻抗)是1×107[kg·m-2·sec-1]以上且2×108[kg·m-2·sec-1]以下的原材料。通过使用声阻抗是1×107[kg·m-2·sec-1]以上且2×108[kg·m-2·sec-1]以下的原材料，从而可使超声波高效地反射。
作为声阻抗是1×107[kg·m-2·sec-1]以上且2×108[kg·m-2·sec-1]以下的原材料，例如，能够列举出各种金属或金属氧化物、包括非氧化物陶瓷在内的各种陶瓷等。作为这样的原材料的具体例，例如，存在钢(固有声阻抗[kg·m-2·sec-1]：4.70×107，以下，括号内的数值同样地表示固有声阻抗的值)、铁(3.97×107)、不锈钢(SUS，3.97×107)、钛(2.73×107)、锌(3.00×107)、镍(5.35×107)、铝(1.38×107)、钨(1.03×108)、玻璃(1.32×107)、石英玻璃(1.27×107)、搪玻璃(1.67×107)、氧化铝(alumina，3.84×107)、氧化锆(zirconia，3.91×107)、氮化硅(SiN，3.15×107)、碳化硅(SiC，3.92×107)、碳化钨(WC，9.18×107)等。对于本实施方式的曲面构件50，根据保持于处理槽10的处理液3的液性、曲面构件50所要求的强度等来适当选择曲面构件50的形成所使用的原材料即可，优选使用具有上述那样的声阻抗的各种金属或金属氧化物。
以上，简单地说明了本实施方式的曲面构件50。
以上，一边参照图1A～图14，一边详细地说明了本实施方式的超声波处理装置1的整体的结构。
此外，在上述说明中，列举了如下情况为例：在将浸渍到处理液3的被处理物设置到作为处理部设置的处理槽10的内部的基础上，隔着保持于处理槽10内的处理液3对被处理物间接地施加超声波，但超声波发生器20也可以对在处理部内由处理液充满的被处理物直接施加超声波。
例如，也可以将如设置到换热器的内部的配管、将使用液体的多个设备之间连接的连接配管等这样处于内部由液体充满的状态的空心构件本身作为被处理物。在该情况下，在使保持于空心构件的内部的液体产生微泡的基础上，对空心构件本身施加超声波。
实施例
接着，一边示出实施例和比较例，一边具体地说明本发明的超声波处理装置和超声波处理方法。此外，以下所示的实施例只是本发明的超声波处理装置和超声波处理方法的一个例子，本发明的超声波处理装置和超声波处理方法并不限定于以下所示的例子。
(实验例1)
图15是用于各种微泡产生器与溶解气体量之间的关系的验证的装置图。在本实验例中，使用了净水作为处理液3。处理槽10使用了外壁是SUS制的具有宽度0.5m×长度0.5m×0.4m的大小的容量0.1m3的处理槽。另外，在该处理槽10设置有具有循环泵31、处理液抽出配管33、以及处理液喷出配管35的循环路径30。分别使用了作为一般的通用泵的IWAKI制MD-40RZ、MD-70RZ、MD-100R作为循环泵31。处理液抽出配管33的配管内径D0设为20mm。由此，处理液抽出配管33内的负压环境处于-0.05MPa～-0.10MPa的范围内。
另外，分别准备具有图16所示这样的构造的微泡产生器40作为可相对于处理液抽出配管33拆装的治具，使这些治具能够与处理液抽出配管33串联连接。在图16的构造a、b、e中，在管轴方向上如图2这样狭窄部处的开放流路不重叠，在构造d中，在管轴方向上如图3这样狭窄部处的开放流路不重叠。另外，在构造c、g中，在管轴方向上，在两个截面中形状不同，但狭窄部处的开放流路同样不重叠。构造f如图4这样设为一部分狭窄部处的开放流路重叠的构造。此外，在多个狭窄部连续的微泡产生器40中，分开距离L设为10mm、20mm、50mm、100mm、120mm。而且，将流量计安装于处理液抽出配管33，测定了处理液抽出配管33的流量。将所获得的流量的测定值除以配管内径截面积，从而算出处理液3的流速(m/s)。
而且，对于各微泡产生器40中的减压释放循环系统间的压力变化，使用作为市场上销售的流体分析软件的COMSOL Multiphysics，算出处理液3以流速0.15m/秒流动时的减压区域与释放区域之间的压力差。
使用贝克曼库尔特制的精密粒度分布测定装置Multisizer4和Malvern制的纳米粒子分析装置NanoSight LM10，测定处理槽10内的溶液，从而确定了微泡的平均气泡直径。另外，对于溶解气体量的测定，使用HORIBA制的溶解氧计LAQUAOM-51，每隔1分钟测定溶解氧量(DO)作为与溶解气体量成正比的值，估算相对于溶解饱和量的溶解气体量(％)。更详细而言，每隔1分钟测定溶解氧量DO，算出与上次测定时的溶解氧量之差ΔDO。在连续的3分钟内，在ΔDO的值分别小于0.1的时间点，判断为溶解氧量达到下限，比较了该时间点的溶解氧量和平均气泡直径。
[表1]
Figure BDA0004113629660000281
将所获得的结果一并表示在上述表1中。此外，在上述表1的“狭窄部开口截面积比”这栏中，以狭窄部开口截面积比RN的值位于栏内的最左侧的方式表示，以狭窄部开口截面积比R0的值位于栏内的最右侧的方式表示，在存在具有彼此相同的值的狭窄部开口截面积比的多级狭窄部的情况下，例如像“0.50×4”这样简化了记载。另外，在具有多级狭窄部的条件下，将从赋予最大的开口截面积比的组合获得的值设为RN/R1。
首先，参照比较例，在不存在减压释放循环系统的、仅流路变细的比较例1中，可使溶解气体量降低，但平均气泡直径未微泡化，保持较大的状态。在设置有减压释放循环系统、流路直行的比较例2～3中，相对于比较例1大致不变，平均气泡直径较大。另外，分开距离比L/D0小于1.0的比较例4和分开距离比L/D0大于5.0的比较例5的平均气泡直径未成为能够视作微泡的100μm以下。另外，在狭窄部的开口截面积比大于0.50的比较例6～7中，压力未降低，也几乎不产生气泡。在狭窄部的开口截面积比小于0.10的比较例8～9中，几乎不存在能够循环的液体，因此，不产生泡，或者，处于循环泵空转而无法进行供液自身的状态。
另一方面，在减压释放循环系统设置有两个以上、且以使开口流路不直行的方式设置的狭窄部的分开距离比存在于预定的范围内的实施例1～7、增多了减压释放循环系统的数量的实施例8～9、以及使狭窄部的形状变化了的实施例10～14中，平均气泡直径成为能够视作微泡的100μm以下。同时，观测到溶解气体量也降低。尤其是，在使减压释放循环系统的靠近泵那一侧的狭窄部缩窄而满足R1/RN≥1.10的关系的实施例15～18中，减压释放间的压力差变大，观测到溶解气体的减少以及微泡也微细化到几μm以下而气泡密度增大。
(实验例2)
图17A和图17B是示意性地表示使用了本发明的超声波处理装置的、钢板的水洗(冲洗)处理的实施状态的说明图。使用了净水作为处理液3即冲洗溶液。处理槽10使用了外壁是SUS制的宽度2.0m×长度7m×0.5m的大小的容量7m3的处理槽，作为被处理物的钢板由辊保持。
另外，如图17B所示，在该处理槽10设置有两个系统的具有循环泵31、处理液抽出配管33、以及处理液喷出配管35的循环路径30。作为循环泵31，使用了两台作为一般的通用泵的SEIKOW化工机(日文：セイコー化工機)制MEP-0505-2P。处理液抽出配管33的配管内径D0设为50mm。由此，处理液抽出配管33内的负压环境处于-0.05MPa～-0.10MPa的范围内。
另外，按照图16示出的标记，分别准备具有以下的表2所示这样的构造的微泡产生器40作为可相对于处理液抽出配管33拆装的治具，使这些治具能够与处理液抽出配管33串联连接。此外，在多个狭窄部连续的微泡产生器40中，分开距离L设为20mm、40mm、100mm、200mm、300mm。而且，将流量计安装于处理液抽出配管33，测定处理液抽出配管33的流量，进行了控制，以使处理液3的流速处于前面所提及的优选的范围内。
另外，超声波发生器20的超声波振荡器的功率是1200W，超声波的频率设为35kHz。如图17B所示这样将5台SUS制投入式振子配置于处理槽10的长边单侧壁面而对处理液3施加了超声波。
使用贝克曼库尔特制的精密粒度分布测定装置Multisizer4和Malvern制的纳米粒子分析装置NanoSight LM10，测定处理槽10内的溶液，从而确定了微泡的平均气泡直径。另外，对于溶解气体量的测定，使用HORIBA制的溶解氧计LAQUAOM-51，每隔1分钟测定溶解氧量(DO)作为与溶解气体量成正比的值，估算相对于溶解饱和量的溶解气体量(％)。更详细而言，每隔1分钟测定溶解氧量DO，算出与上次测定时的溶解氧量之差ΔDO。在连续的3分钟内，在ΔDO的值分别小于0.1的时间点，判断为溶解氧量达到下限，比较了该时间点的溶解氧量和平均气泡直径。
在本实验例中，如图18示意性地表示这样，使用超声波音压计(KAIJO(日文：カイジョー)制19001D)，以0.5m间隔在合计26处进行超声波强度(mV)的测定，算出相对超声波强度(将比较例1的测定结果、即、未进行减压释放循环的情况下的测定超声波强度设为1时的相对强度)和标准偏差(σ)而比较了超声波在处理槽10整体的传播性。
在本实验例中，准备对形成有氧化皮覆膜的钢板进行酸洗后的酸洗后钢板作为被处理物，利用上述那样的处理槽10而进行了在表面附着有氧化物微粒的钢板的水洗(冲洗)。
在本实验例中，测定钢板表面的氧化物微粒去除率，将所测定的氧化物微粒去除率评价为清洗性能。更详细而言，如以下这样算出在各条件下去除的氧化物微粒去除量相对于附着于水洗前后的钢板表面的氧化物微粒总量的比例，作为氧化物微粒去除率。
即、在将形成有氧化皮覆膜的钢板试样(大小5cm×10cm)粘贴到由辊保持着的钢板的基础上，评价了清洗性能。在对钢板试样进行了酸洗之后，进行了预水洗、干燥。在此基础上，使用两个事先测定了质量的通用赛璐玢带(宽度15mm×长度5cm)，从两处剥离已附着于钢板表面的氧化物微粒，作为水洗前的带质量的测定值。另外，在与在水洗前所剥离的部位不同的部位处，在水洗后也同样地进行带剥离，测定了所剥离的带质量。
从水洗前的带测定值减去事先测定的带质量而得到的值与氧化物微粒的总量相对应，从水洗后的带测定值减去事先测定的带质量而得到的值与氧化物微粒的残存量相对应。因此，从氧化物微粒的总量减去氧化物微粒的残存量而得到的值成为氧化物微粒的去除量。将在各条件下去除的氧化物微粒的去除量相对于氧化物微粒的总量的比例作为氧化物微粒去除率。此外，钢板试样相对于辊间粘贴，进行拆卸，作为钢板通过速度为100mpm时的去除率而计算出。
此外，下述的表2中的清洗性能的评价基准如以下这样。
氧化物微粒去除率
AA：100％以下～95％以上
A：小于95％～90％以上
AB：小于90％～85％以上
B：小于85％～80％以上
C：小于80％～60％以上
D：小于60％～40％以上
E：小于40％
即、评价“AA”和“A”意味着清洗性能非常良好，评价“AB”和“B”意味着清洗性能良好，评价“C”意味着清洗性能方面有点问题，评价“D”和“E”意味着清洗性能不良。
[表2]
Figure BDA0004113629660000321
将所获得的结果一并表示在上述表2中。
此外，对于“狭窄部开口截面积比”这栏的记述方法和“开口截面积比”这栏的记述方法，与表1同样。
首先，参照比较例，在仅单纯地循环的条件(比较例1)下，无法使溶解气体量降低，也不产生气泡。因此，可知：虽然超声波振荡附近的强度较高，但超声波未传播到其他部位，作为波动指标的标准偏差也相对于超声波强度33mV超过20，超声波的传播不均匀。另外，在不存在减压释放循环系统的、仅流路变细的比较例2～3中，虽然能够使溶解气体量降低，但气泡直径未微泡化。此时的相对超声波强度相对于比较例1大致不变，水洗性能不良。在设置有减压释放循环系统、流路为直行的状态的比较例4～5中，虽然相对超声波强度上升到1.3倍，但超声波强度的标准偏差较大。在这些比较例中，水洗性能也不足，产生了清洗不均。另外，在狭窄部间隔L/D0小于1.0、或大于5.0的比较例6～8中，也同样未微泡化，超声波强度的标准偏差变大，水洗性能也不足，产生了清洗不均。在狭窄部的开口截面积比小于0.10的比较例9中，几乎不存在能够循环的液体，因此，不产生泡，或者，处于循环泵空转而无法进行供液自身的状态。在开口截面积比大于0.50的比较例10中，几乎不产生气泡。此时的相对超声波强度相对于比较例1不变，水洗性能也不良。
另一方面，在减压释放循环系统设置有两个以上、存在以使开口流路不直行的方式设置的狭窄部、狭窄部间隔存在于预定的范围内的实施例1～6、增多了减压释放循环系统的数量的实施例7～9、以及使狭窄部的形状变化了的实施例10～14中，平均气泡直径成为能够视作微泡的100μm以下。另外，观测到溶解气体量也降低，超声波强度成为3倍以上，标准偏差也变小，清洗性能良好。而且，在使减压释放循环系统的靠近泵那一侧的狭窄部缩窄而满足R1/RN≥1.10的关系的实施例15～18中，减压释放间的压力差变大，观测到溶解气体的减少以及微泡也微细化到几μm以下而气泡密度增大。
(实验例3)
图19A和图19B是示意性地表示使用了本发明的超声波处理装置的钢管的脱脂处理的实施状态的说明图。处理槽10使用了外壁是钢铁制的表面实施了PTFE衬处理的具有宽度1.0m×长度15.0m×0.6m的大小的容量9m3的处理槽。利用该处理槽10，使油分附着到表面的钢管浸渍了预定时间。使用了碱系的脱脂液作为处理液3、即脱脂溶液。在作为被清洗物的钢管与处理槽10之间以1m间隔设置有作为曲面构件发挥功能的缓冲材(更详细而言，SUS304制的空心的缓冲管)。
另外，在该处理槽10中，如在图19B中表示其一部分这样，在处理槽10的短边侧设置有两个系统的具有循环泵31、处理液抽出配管33、以及处理液喷出配管35的循环路径30。作为循环泵31，使用了两台作为一般的通用泵的SEIKOW化工机制MEP-0505-2P。处理液抽出配管33的配管内径D0设为50mm。由此，处理液抽出配管33内的负压环境处于-0.05MPa～-0.10MPa的范围内。
多个可动式的突出构件以相对地突出的方式配置于配管内，以分开距离L成为40mm、100mm、200mm、300mm的方式与处理液抽出配管33串联地设置而作为微泡产生器40。即、该微泡产生器40具有图16所示的标记a的构造。而且，将流量计安装于处理液抽出配管33，测定处理液抽出配管33的流量，进行了控制，以使处理液3的流速处于前面所提及的优选的范围内。
另外，作为超声波发生器20的超声波振荡器，利用功率是1200W、具有频率的扫描功能的超声波振荡器，对于超声波振子，在处理槽10的长度方向的壁面设置有10台SUS制的投入式振子。另外，超声波的频率设为25kHz～192kHz。
使用贝克曼库尔特制的精密粒度分布测定装置Multisizer4和Malvern制的纳米粒子分析装置NanoSight LM10，测定处理槽10内的溶液，从而确定了微泡的平均气泡直径。另外，对于溶解气体量的测定，使用HORIBA制的溶解氧计LAQUAOM-51，每隔1分钟测定溶解氧量(DO)作为与溶解气体量成正比的值，估算相对于溶解饱和量的溶解气体量(％)。更详细而言，每隔1分钟测定溶解氧量DO，算出与上次测定时的溶解氧量之差ΔDO。在连续的3分钟内，在ΔDO的值分别小于0.1的时间点，判断为溶解氧量达到下限，比较了该时间点的溶解气体量和平均气泡直径。
此外，在本实验例中，如图19A和图19B所示，以恒定的间隔将用于防止钢管损伤的缓冲材设置于处理槽10的内部，使20根内径40mm×长度10m的钢管浸渍于处理槽10的中央部，进行了清洗评价。
在本实验例中，测定钢板表面的油分去除率，将所测定的油分去除率评价为脱脂性能。更详细而言，根据清洗前后的质量变化量算出油分去除量，将在各清洗条件下去除的油分去除量相对于附着到钢板表面的油分总量的比例设为油分去除率。此外，下述的表3中的脱脂性能的评价基准如以下这样。
油分去除率
AA：100％以下～95％以上
A：小于95％～90％以上
AB：小于90％～85％以上
B：小于85％～80％以上
C：小于80％～60％以上
D：小于60％～40％以上
E：小于40％
即、评价“AA”和“A”意味着脱脂性能非常良好，评价“AB”和“B”意味着脱脂性能良好，评价“C”意味着脱脂性能方面有点问题，评价“D”和“E”意味着脱脂性能不良。
[表3]
Figure BDA0004113629660000361
将所获得的结果一并表示在上述表3中。
此外，对于“狭窄部开口截面积比”这栏的记述方法和“开口截面积比”这栏的记述方法，与表1同样。
首先，参照比较例，在不具有两个以上的本发明的减压释放循环系统的比较例1～3、狭窄部间隔L/D0小于1.0的比较例4、以及狭窄部间隔L/D0比5.0大的比较例5中，不产生微泡，谐振直径以下的气泡较少。在开口截面积比大于0.5的比较例6和开口截面积比小于0.1的比较例7中，几乎不产生微泡，与超声波频率进行谐振的谐振直径以下的气泡较少。另外，溶解气体量也未减少，其结果，脱脂性能不良，或者，产生了清洗不足的区域。
另一方面，减压释放循环系统设置有两个以上、且狭窄部开口截面积比是0.5以内的实施例1～15的清洗性能良好，尤其是，狭窄部间隔满足1.0≤L/D≤5.0的实施例1～5的清洗性能更加良好。另外，在进行了超声波的频率的扫描的实施例12～15中，能够更有效地进行清洗。
(实验例4)
着眼于如下立式换热器：外壁是SS(一般构造用轧制钢材)制的，在内部连续地连接有内径45mm×长度3.0m×厚度9mm的配管，将该立式换热器的配管作为被处理物。在本实验例中，在使水充满配管的内部的基础上，使附着到配管内表面的堆积物循环了预定时间。即、在本实验例中，作为被处理物的配管本身作为处理部发挥功能。
图20是示意性地表示使用了本发明的超声波处理装置的、换热器所具备的配管的清洗处理的实施状态的说明图。如图20示意性地表示这样，将处理液抽出配管33与设置到换热器的内部的配管11的一个端部连接，将该处理液抽出配管33与循环泵31连接起来。所使用的循环泵31是作为一般的通用泵的SEIKOW化工机制MEP-0505-2P。由此，处理液抽出配管33内的负压环境处于-0.05MPa～-0.10MPa的范围内。另外，两个可动式的突出构件以相对地突出的方式配置于配管内，并且与处理液抽出配管33串联，而作为微泡产生器40。即、该微泡产生器40具有图16所示的标记a的构造。另外，将处理液喷出配管35设置于循环泵31的正压侧，与配管11的另一个端部连接起来。此外，在微泡产生器40中，分开距离L设为40mm、100mm、200mm、300mm。
另外，如图20所示，针对处理液喷出配管35设置排气阀60和水供给阀70，使水(更详细而言，清洗水(日文：清給水))作为处理液3充满配管11、处理液抽出配管33、微泡产生器40、以及处理液喷出配管35的内部。而且，针对处理液抽出配管33设置排水用阀80，能够采集在图20所示这样的循环路径30流动的处理液3的一部分。此外，将流量计安装于处理液抽出配管33，测定处理液抽出配管33的流量，进行了控制，以使处理液3的流速处于前面所提及的优选的范围内。
另外，超声波发生器20的超声波振荡器是频率30kHz、功率600W的超声波振荡器，如图20示意性地表示这样，在配管11与处理液抽出配管33之间的连接部分和配管11与处理液喷出配管35之间的连接部分分别安装有1台夹紧式SUS制超声波振子。
使用贝克曼库尔特制的精密粒度分布测定装置Multisizer4和Malvern制的纳米粒子分析装置NanoSight LM10测定由排水用阀80采集到的溶液，从而确定了微泡的平均气泡直径。另外，对于溶解气体量的测定，使用HORIBA制的溶解氧计LAQUAOM-51，每隔1分钟测定溶解氧量(DO)作为与溶解气体量成正比的值，估算相对于溶解饱和量的溶解气体量(％)。更详细而言，每隔1分钟测定溶解氧量DO，算出与上次测定时的溶解氧量之差ΔDO。在连续的3分钟内，在ΔDO的值分别小于0.1的时间点，判断为溶解氧量达到下限，比较了该时间点的溶解气体量和平均气泡直径。
在本实验例中，测定配管内的清洁度，评价为清洗性能。更详细而言，从排水用阀80回收清洗1分钟后的处理液1L，利用OPTEX Company,Limited.制的浊度计TC-3000测定浊度，作为处理液3的清洁度。此外，下述的表4中的清洗性能的评价基准如以下这样。
清洁度(浊度)
A：3000以下～1500以上
B：小于1500～800以上
C：小于800～500以上
D：小于500～300以上
E：小于300～100以上
F：小于100～1以上
即、评价“A”和“B”意味着由于回收了堆积物，从而浊度变高，清洗性能非常良好，评价“C”意味着清洗性能良好，评价“D”意味着清洗性能方面有点问题，评价“E”和“F”意味着清洗性能不良。
[表4]
Figure BDA0004113629660000391
将所获得的结果一并表示到上述表4中。
此外，对于“狭窄部开口截面积比”这栏的记述方法和“开口截面积比”这栏的记述方法，与表1同样。
首先，若观察比较例，则在不具有两个以上的本发明的减压释放循环系统的比较例1～2、狭窄部间隔L/D0小于1的比较例3、以及狭窄部间隔L/D0超过5的比较例4中，几乎不产生微泡，其结果，清洗性能不良。在开口截面积比大于0.5的比较例5和开口截面积比小于0.1的比较例6中，几乎不产生微泡。另外，溶解气体量也未减少，其结果，清洗性能不良。
另一方面，减压释放循环系统设置有两处以上、且开口截面积比是0.5以内的实施例1～6的清洗性能良好，尤其是，狭窄部间隔满足1.0≤L/D0≤5.0的实施例1～4的清洗性能更加良好。
以上，一边参照附图，一边详细地说明了本发明的优选的实施方式，本发明并不限定于这样的例子。如果是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，则能在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，这是显而易见的，对于这些，当然也理解为属于本发明的保护范围。
附图标记说明
1、超声波处理装置；3、处理液；10、处理槽；20、超声波发生器；30、循环路径；31、循环泵；33、处理液抽出配管；35、处理液喷出配管；40、微泡产生器；41、狭窄部；43、非狭窄部；45、减压释放循环系统；50、曲面构件。

Claims (16)

1.一种超声波处理装置，其具备：
处理部，其能够收纳处理液和被处理物；
超声波发生器，其设置于所述处理部，对所述被处理物施加超声波；以及
循环路径，其用于使所述处理部中的所述处理液循环，
所述循环路径具有：
循环泵，其使所述处理液循环；处理液抽出配管，其使从所述处理部所抽出的所述处理液通往所述循环泵；以及处理液喷出配管，其使经由所述循环泵的所述处理液向所述处理部喷出，并且，
在所述循环路径设置有微泡产生器，该微泡产生器与所述处理液抽出配管串联地设置，该微泡产生器使所抽出的所述处理液脱气，并且，使所述处理液中产生微泡，
所述微泡产生器具有两个以上的使所述处理液的开口流路的大小窄于所述处理液抽出配管的内径的狭窄部，并且，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路以使所述处理液不直行的方式构成，
对于各所述狭窄部，在将所述处理液抽出配管的内径的开口截面积设为A0、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第i个所述狭窄部处的所述处理液抽出配管的内径的开口截面积表示为Ai时，表示为Ai/A0的第i个所述狭窄部处的开口截面积比Ri满足下述的式(1)，并且，
在将第i个所述狭窄部与第i+1个所述狭窄部之间的间隔表示为Li时，满足下述的式(2)，
Ri＝0.10～0.50···式(1)
1.0≤Li/2(A0/π)0.5≤5.0···式(2)，
其中，i是1以上的整数。
2.根据权利要求1所述的超声波处理装置，其中，
在沿着管轴方向观察所述处理液抽出配管时，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路的位置相互不重叠。
3.根据权利要求1或2所述的超声波处理装置，其中，
在所述超声波处理装置设置有保持所述处理液的处理槽作为所述处理部，
所述超声波发生器隔着所述处理液对所述被处理物间接地施加超声波。
4.根据权利要求1或2所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器对在所述处理部内浸渍到所述处理液的所述被处理物直接施加超声波。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波处理装置，其中，
在将所述狭窄部的个数设为N、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第N个所述狭窄部处的所述开口截面积比表示为RN时，满足下述的式(3)和式(4)，
Ri+1≥Ri···式(3)
RN/R1≥1.10···式(4)。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述狭窄部的个数N是2～10。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有1个或多个由从所述处理液抽出配管的内表面突出的突出构件形成的所述狭窄部。
8.根据权利要求7所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有从所述处理液抽出配管的内表面突出的可动式的突出构件作为所述狭窄部。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波处理装置具有1个或多个由设置有1个或多个贯通孔的开口构件形成的所述狭窄部。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器能够从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波发生器能够以所选择的所述超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内扫描，并对所述处理液施加超声波。
12.一种微泡的供给方法，其是在一边对能够收纳处理液和被处理物的处理部施加超声波一边对所述被处理物实施预定处理之际对所述处理部供给含有微泡的所述处理液的微泡的供给方法，其中，
针对所述处理部设置：超声波发生器，其设置于所述处理部，对所述被处理物施加超声波；和循环路径，其用于使所述处理部中的所述处理液循环，
所述循环路径具有：
循环泵，其使所述处理液循环；处理液抽出配管，其使从所述处理部所抽出的所述处理液通往所述循环泵；以及处理液喷出配管，其使经由所述循环泵的所述处理液向所述处理部喷出，并且，
在所述循环路径设置有微泡产生器，该微泡产生器与所述处理液抽出配管串联地设置，所述微泡产生器使所抽出的所述处理液脱气，并且，使所述处理液中产生微泡，
所述微泡产生器具有两个以上的使所述处理液的开口流路的大小窄于所述处理液抽出配管的内径的狭窄部，并且，相邻的所述狭窄部处的所述开口流路以使所述处理液不直行的方式构成，
对于各所述狭窄部，在将所述处理液抽出配管的内径的开口截面积设为A0、将从所述处理部那一侧朝向所述循环泵那一侧数第i个所述狭窄部处的所述处理液抽出配管的内径的开口截面积表示为Ai时，表示为Ai/A0的第i个所述狭窄部处的开口截面积比Ri满足下述的式(1)，并且，
在将第i个所述狭窄部与第i+1个所述狭窄部之间的间隔表示为Li时，满足下述的式(2)，
Ri＝0.10～0.50···式(1)
1.0≤Li/2(A0/π)0.5≤5.0···式(2)，
其中，i是1以上的整数。
13.根据权利要求12所述的微泡的供给方法，其中，
所述微泡产生器以使向所述处理部喷出的所述处理液中溶解气体量成为饱和溶解气体量的50％以下的方式产生所述微泡。
14.根据权利要求12或13所述的微泡的供给方法，其中，
所述微泡产生器以使向所述处理部喷出的所述处理液中平均气泡直径是1μm～100μm的所述微泡的气泡密度存在于1×103个/mL～1×1010个/mL的范围内的方式产生所述微泡。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的微泡的供给方法，其中，
所述超声波发生器从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的微泡的供给方法，其中，
所述超声波发生器以所选择的所述超声波的频率为中心而在±0.1kHz～±10kHz的范围内扫描，并对所述处理液施加超声波。
CN202080104562.4A 2020-07-29 2020-07-29 超声波处理装置和微泡的供给方法 Pending CN116194202A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/029109 WO2022024271A1 (ja) 2020-07-29 2020-07-29 超音波処理装置及びファインバブルの供給方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116194202A true CN116194202A (zh) 2023-05-30

Family

ID=75520957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080104562.4A Pending CN116194202A (zh) 2020-07-29 2020-07-29 超声波处理装置和微泡的供给方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230264154A1 (zh)
JP (1) JP6863540B1 (zh)
KR (1) KR20230042323A (zh)
CN (1) CN116194202A (zh)
WO (1) WO2022024271A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022068575A (ja) * 2020-10-22 2022-05-10 株式会社ディスコ 洗浄装置
JP7164846B1 (ja) 2021-09-24 2022-11-02 株式会社ナノバブル研究所 微細気泡発生方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07278860A (ja) * 1994-04-11 1995-10-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 機械部品の脱脂洗浄装置
JP3516175B2 (ja) 1994-04-12 2004-04-05 超音波工業株式会社 脱気方法
JP4854942B2 (ja) 2003-08-25 2012-01-18 アクアインテック株式会社 微細気泡発生装置
CN1895719B (zh) 2005-06-21 2012-06-27 株式会社海上 脱气装置以及使用其的超声波清洗装置
JP4921127B2 (ja) * 2006-11-20 2012-04-25 昇 阪野 静止型混合器
WO2010101036A1 (ja) * 2009-03-04 2010-09-10 日本碍子株式会社 超音波洗浄方法、及び超音波洗浄装置
JP2011115745A (ja) * 2009-12-06 2011-06-16 Toyohiko Nakanishi 気泡発生管
EP3052225B1 (en) 2013-10-03 2021-02-17 Ebed Holdings Inc. Nanobubble-containing liquid solutions, systems and methods
KR101938939B1 (ko) * 2016-08-16 2019-01-15 지현숙 나노버블 발생장치
US11052433B2 (en) * 2017-03-16 2021-07-06 Nippon Steel Corporation Ultrasonic cleaning equipment and ultrasonic cleaning method
JP7014076B2 (ja) 2018-07-24 2022-02-01 日本製鉄株式会社 脱気ファインバブル液製造装置、脱気ファインバブル液製造方法、超音波処理装置及び超音波処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022024271A1 (ja) 2022-02-03
JP6863540B1 (ja) 2021-04-21
KR20230042323A (ko) 2023-03-28
JPWO2022024271A1 (zh) 2022-02-03
US20230264154A1 (en) 2023-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110446564B (zh) 超声波清洗装置和超声波清洗方法
CN116194202A (zh) 超声波处理装置和微泡的供给方法
JP5149181B2 (ja) 液体を超音波処理する装置
JP2008246486A (ja) ナノ流体生成装置および洗浄処理装置
CN102119060A (zh) 超声波清洗装置
WO2020067227A1 (ja) 金属管の洗浄方法及び洗浄装置
RU2376193C1 (ru) Способ гидродинамической очистки поверхностей объектов под водой и устройство для его осуществления
JP7014076B2 (ja) 脱気ファインバブル液製造装置、脱気ファインバブル液製造方法、超音波処理装置及び超音波処理方法
JP5839771B2 (ja) 微小気泡発生装置および発生法
CN114488697A (zh) 光刻胶气泡消除装置及光刻系统
Yoshimura et al. Effect of processing degree and nozzle diameter on multifunction cavitation
KR20190139984A (ko) 기포 생성 장치
KR20110132660A (ko) 메가소닉 세정 방법 및 세정 장치
JP2000256886A (ja) 熱延鋼板の脱スケール方法
JP3840843B2 (ja) 水処理方法及びその装置
JP4232490B2 (ja) 脱気装置
JP2020015941A (ja) 超音波処理装置及びファインバブルの供給方法
RU2600353C2 (ru) Способ обработки воды и водных растворов и установка для его осуществления
JP7372535B2 (ja) 超音波処理装置及び超音波処理方法
US20160158717A1 (en) Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same
RU2650269C1 (ru) Устройство для обработки пищевых жидких сред
JP4102657B2 (ja) 水処理装置
RU2225749C1 (ru) Способ обработки текучей среды и устройство для его осуществления
RU2442641C1 (ru) Устройство для физико-химической обработки жидкой среды
JPH03193105A (ja) 脱泡

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination