JP2000024494A - 超音波処理装置 - Google Patents
超音波処理装置Info
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- JP2000024494A JP2000024494A JP10213542A JP21354298A JP2000024494A JP 2000024494 A JP2000024494 A JP 2000024494A JP 10213542 A JP10213542 A JP 10213542A JP 21354298 A JP21354298 A JP 21354298A JP 2000024494 A JP2000024494 A JP 2000024494A
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- ultrasonic waves
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 幅広い汚染濃度に対応でき、また触媒機能が
長期に渡って劣化することのない有害物質分解、殺菌、
浄化、合成、等を行う超音波処理装置を提供することに
ある。 【解決手段】 かかる問題を解決するため、本発明では
吸着材に触媒を付加または練り込んだ触媒体表面または
内部に超音波を照射し、その振動エネルギー、発生熱、
生成物質、のうち少なくとも一つを利用して有害物質分
解、殺菌、合成、等を行う。
長期に渡って劣化することのない有害物質分解、殺菌、
浄化、合成、等を行う超音波処理装置を提供することに
ある。 【解決手段】 かかる問題を解決するため、本発明では
吸着材に触媒を付加または練り込んだ触媒体表面または
内部に超音波を照射し、その振動エネルギー、発生熱、
生成物質、のうち少なくとも一つを利用して有害物質分
解、殺菌、合成、等を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体と接触する触
媒体表面または内部に超音波を照射し、その振動エネル
ギー、発生熱、生成物質、のうち少なくとも一つを利用
して有害物質分解、殺菌、合成、等を行う触媒構造体お
よび触媒構造体を有する分解、殺菌、浄化、合成、等を
行う装置に関する。
媒体表面または内部に超音波を照射し、その振動エネル
ギー、発生熱、生成物質、のうち少なくとも一つを利用
して有害物質分解、殺菌、合成、等を行う触媒構造体お
よび触媒構造体を有する分解、殺菌、浄化、合成、等を
行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、浄化処理の方法として有害物質を
凝集して除去する凝集沈殿法、吸着材に吸着させ除去す
る吸着法、各種酸化剤を用いた酸化分解反応による酸化
処理法が知られている。また、殺菌法としては酸化処理
法、紫外線による方法、加熱による方法等が知られてい
る。しかし、凝集沈殿法は除去速度が遅く、吸着法は吸
着剤の寿命と共に除去能力が低下するという問題点があ
った。また酸化処理法は酸化剤の注入が必要でランニン
グコストが著しく高価であり、かつ酸化反応速度が遅い
という欠点があった。また殺菌法においても酸化処理法
はランニングコストが高いこと、紫外線による方法はラ
ンプを処理水に効率良く照射してやる必要があり構造が
複雑になることやランプのエネルギー消費量が大きいこ
と等の問題があった。以上の課題を解決する方法とし
て、廃水に金属酸化物粉粒を接触させ超音波を照射し廃
水中の有機物を酸化する方法が特開昭５２−５２４６４
号に記載されている。
凝集して除去する凝集沈殿法、吸着材に吸着させ除去す
る吸着法、各種酸化剤を用いた酸化分解反応による酸化
処理法が知られている。また、殺菌法としては酸化処理
法、紫外線による方法、加熱による方法等が知られてい
る。しかし、凝集沈殿法は除去速度が遅く、吸着法は吸
着剤の寿命と共に除去能力が低下するという問題点があ
った。また酸化処理法は酸化剤の注入が必要でランニン
グコストが著しく高価であり、かつ酸化反応速度が遅い
という欠点があった。また殺菌法においても酸化処理法
はランニングコストが高いこと、紫外線による方法はラ
ンプを処理水に効率良く照射してやる必要があり構造が
複雑になることやランプのエネルギー消費量が大きいこ
と等の問題があった。以上の課題を解決する方法とし
て、廃水に金属酸化物粉粒を接触させ超音波を照射し廃
水中の有機物を酸化する方法が特開昭５２−５２４６４
号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記特開
昭５２−５２４６４号に記載されている方法において
も、金属酸化物が粉粒であるため超音波が乱反射、吸収
されやすく広い範囲に超音波を照射できないという欠点
を有していた。本発明は上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、幅広い汚染濃度に対応でき、
また触媒機能が長期に渡って劣化することのない有害物
質分解、殺菌、浄化、合成、等を行う超音波処理装置を
提供することにある。
昭５２−５２４６４号に記載されている方法において
も、金属酸化物が粉粒であるため超音波が乱反射、吸収
されやすく広い範囲に超音波を照射できないという欠点
を有していた。本発明は上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、幅広い汚染濃度に対応でき、
また触媒機能が長期に渡って劣化することのない有害物
質分解、殺菌、浄化、合成、等を行う超音波処理装置を
提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、超
音波処理装置において、吸着材に触媒を付加または練り
込んだ触媒体と、超音波照射手段からなり、該触媒体の
表面または内部に超音波を照射し、有害物質分解、殺
菌、浄化、合成、等を行うことを特徴とする。
題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、超
音波処理装置において、吸着材に触媒を付加または練り
込んだ触媒体と、超音波照射手段からなり、該触媒体の
表面または内部に超音波を照射し、有害物質分解、殺
菌、浄化、合成、等を行うことを特徴とする。
【０００５】本発明によれば、触媒体表面または内部に
超音波を照射するとその振動エネルギーにより部分的
な、高温、高圧状態が発生し、それにより様々な活性物
質が生成する。その際の振動エネルギー、発生熱、生成
物質のうち少なくとも一つを利用して触媒体に吸着した
有害物質を分解または触媒の再生または殺菌が可能であ
るが、触媒体の存在により反応が著しく促進する効果を
有する。
超音波を照射するとその振動エネルギーにより部分的
な、高温、高圧状態が発生し、それにより様々な活性物
質が生成する。その際の振動エネルギー、発生熱、生成
物質のうち少なくとも一つを利用して触媒体に吸着した
有害物質を分解または触媒の再生または殺菌が可能であ
るが、触媒体の存在により反応が著しく促進する効果を
有する。
【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
超音波処理装置において、ハニカム型等の連続体である
ことを特徴とする。
超音波処理装置において、ハニカム型等の連続体である
ことを特徴とする。
【０００７】本発明によれば、触媒体が連続体であるこ
とにより不連続体の場合と比較して超音波の伝達率が良
く、より広い範囲に効率よく超音波を伝達することがで
きる。
とにより不連続体の場合と比較して超音波の伝達率が良
く、より広い範囲に効率よく超音波を伝達することがで
きる。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２に記載の超音波処理装置において、前記超音波の
周波数が１００ＫＨｚ以上であることを特徴とする。
求項２に記載の超音波処理装置において、前記超音波の
周波数が１００ＫＨｚ以上であることを特徴とする。
【０００９】本発明によれば、超音波の周波数を最適化
することにより、有害物質分解、殺菌、浄化、合成、等
をより効率的に行うことが可能になるとともに触媒体の
溶出も発生しない。
することにより、有害物質分解、殺菌、浄化、合成、等
をより効率的に行うことが可能になるとともに触媒体の
溶出も発生しない。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３に記載の超音波処理装置において、触媒構造体は、
貫通孔を有するまたは通水可能または通風可能な構造と
し、その触媒構造体の流路に対して少なくとも後段にフ
ィルタを設けたことを特徴とする。
項３に記載の超音波処理装置において、触媒構造体は、
貫通孔を有するまたは通水可能または通風可能な構造と
し、その触媒構造体の流路に対して少なくとも後段にフ
ィルタを設けたことを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、通風または通水可能な構
造とし触媒体の少なくとも後段にフィルタを設けること
により触媒体から僅かに溶出する触媒または吸着材成分
の溶出を防止することができる。
造とし触媒体の少なくとも後段にフィルタを設けること
により触媒体から僅かに溶出する触媒または吸着材成分
の溶出を防止することができる。
【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４に記載の超音波処理装置において、超音波振動子へ
電力を供給する電源を有し、該電源より発生する熱を前
記通水路または通風路へ放熱することを特徴とする。
項４に記載の超音波処理装置において、超音波振動子へ
電力を供給する電源を有し、該電源より発生する熱を前
記通水路または通風路へ放熱することを特徴とする。
【００１３】本発明によれば、電源から発生する熱を通
水路または通風路へ放熱することにより簡単な機構で放
熱量をより多くとることが可能になり、同一放熱量の場
合電源を小型化でき、同一の電源の大きさで有ればより
大きな電流を流すことが可能になる。
水路または通風路へ放熱することにより簡単な機構で放
熱量をより多くとることが可能になり、同一放熱量の場
合電源を小型化でき、同一の電源の大きさで有ればより
大きな電流を流すことが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、添
付図面により詳細に説明する。図１は、本発明の分解、
殺菌、浄化、合成、等を行う超音波処理装置の断面図で
ある。超音波処理装置1には、吸着材に触媒を付加また
は練り込んだ触媒体２、超音波振動子３、フィルタ４、
通水路または通風路５が具備され、超音波振動子３には
電源６が配設されている。処理すべくタイミングにおい
て、電源６から交流電圧が超音波振動子３に印加され、
超音波振動子３に電圧波形と略同一周波数の形状変化が
生じ、超音波が吸着材に触媒を付加または練り込んだ触
媒体２に放射される。
付図面により詳細に説明する。図１は、本発明の分解、
殺菌、浄化、合成、等を行う超音波処理装置の断面図で
ある。超音波処理装置1には、吸着材に触媒を付加また
は練り込んだ触媒体２、超音波振動子３、フィルタ４、
通水路または通風路５が具備され、超音波振動子３には
電源６が配設されている。処理すべくタイミングにおい
て、電源６から交流電圧が超音波振動子３に印加され、
超音波振動子３に電圧波形と略同一周波数の形状変化が
生じ、超音波が吸着材に触媒を付加または練り込んだ触
媒体２に放射される。
【００１５】触媒体２中に放射された超音波は、触媒体
内部または表面において触媒体に吸着した物質へ振動エ
ネルギーを供給し、吸着した有害物質の分解、活性種の
生成による有害物質の分解、殺菌または超音波振動によ
る強力な加速度による殺菌等の効果が得られる。液体中
に照射された超音波は、急激な減圧により液体中に空孔
ができるキャビテーションと呼ばれる現象が発生させ
る。その際気泡内の温度は数千度に達すると言われてお
り、また気泡周辺には温度上昇、圧力上昇によると考え
られる過酸化水素、酸素ラジカル等の活性種が生成し、
それらが有害物質分解、殺菌を行うと考えられる。超音
波振動子から放射される超音波の周波数により、触媒体
表面もしくは液体中での物理現象、反応形態は変わって
いると思われ、また触媒の存在下で超音波を照射した場
合においても触媒中または内部での物質の拡散速度との
関係で最適な周波数範囲が存在するのではないかと考え
た。そこで周波数をいろいろと変えて物質の分解率を測
定したところその周波数範囲として１００ｋＨｚ以上が
良いという結論に達した。また、触媒の溶出については
１０ｋＨｚ時は触媒の溶出が見られたが１００ｋＨｚで
はその溶出量は僅かであり、周波数が高いほどその溶出
量は減少し、１００ｋＨｚ以上であれば触媒体への物理
的ダメージの面でも良好な結果が得られた。
内部または表面において触媒体に吸着した物質へ振動エ
ネルギーを供給し、吸着した有害物質の分解、活性種の
生成による有害物質の分解、殺菌または超音波振動によ
る強力な加速度による殺菌等の効果が得られる。液体中
に照射された超音波は、急激な減圧により液体中に空孔
ができるキャビテーションと呼ばれる現象が発生させ
る。その際気泡内の温度は数千度に達すると言われてお
り、また気泡周辺には温度上昇、圧力上昇によると考え
られる過酸化水素、酸素ラジカル等の活性種が生成し、
それらが有害物質分解、殺菌を行うと考えられる。超音
波振動子から放射される超音波の周波数により、触媒体
表面もしくは液体中での物理現象、反応形態は変わって
いると思われ、また触媒の存在下で超音波を照射した場
合においても触媒中または内部での物質の拡散速度との
関係で最適な周波数範囲が存在するのではないかと考え
た。そこで周波数をいろいろと変えて物質の分解率を測
定したところその周波数範囲として１００ｋＨｚ以上が
良いという結論に達した。また、触媒の溶出については
１０ｋＨｚ時は触媒の溶出が見られたが１００ｋＨｚで
はその溶出量は僅かであり、周波数が高いほどその溶出
量は減少し、１００ｋＨｚ以上であれば触媒体への物理
的ダメージの面でも良好な結果が得られた。
【００１６】触媒は、反応性性物質の生成量を多くする
とともに、有害物質の反応速度を上げる役割を有する。
触媒体にはまず有害物質や菌が吸着されることが要求さ
れるため、高い吸着力、吸着容量を有する吸着材と反応
を促進する触媒との両方が含有されていることが望まし
い。この場合吸着材には例えば粒状や繊維状などの活性
炭、合成や天然のゼオライト、多孔質やガラス質のグラ
ファイト等が、また触媒には銀、銅、金、白金等貴金属
触媒が、さらに吸着作用と触媒作用の両方を有するもの
として二酸化チタン、二酸化マンガン、アルミナ、等金
属酸化物を用いることができ、その併用形態としては吸
着材表面に触媒をコーティングまたは付加しても良いし
吸着材に触媒を練り込んだり混合するのでも良い。
とともに、有害物質の反応速度を上げる役割を有する。
触媒体にはまず有害物質や菌が吸着されることが要求さ
れるため、高い吸着力、吸着容量を有する吸着材と反応
を促進する触媒との両方が含有されていることが望まし
い。この場合吸着材には例えば粒状や繊維状などの活性
炭、合成や天然のゼオライト、多孔質やガラス質のグラ
ファイト等が、また触媒には銀、銅、金、白金等貴金属
触媒が、さらに吸着作用と触媒作用の両方を有するもの
として二酸化チタン、二酸化マンガン、アルミナ、等金
属酸化物を用いることができ、その併用形態としては吸
着材表面に触媒をコーティングまたは付加しても良いし
吸着材に触媒を練り込んだり混合するのでも良い。
【００１７】超音波は空気中は減衰が大きく、また固体
と気体の間や液体と気体の間のように密度変化が大きい
物質間では反射率が高くなるため、触媒体はペレットや
粒状のような物の場合触媒体と液体または触媒体と気体
の界面で反射または減衰を繰り返し、伝達率が低下して
しまう。したがって触媒体にはハニカム状等の連続体が
好ましい。また、触媒体中の隙間に空気が満たされてい
るよりも、液体が多量に含有された状態、または通水状
態の方が超音波照射すると超音波を広い範囲に伝播させ
ることができる。
と気体の間や液体と気体の間のように密度変化が大きい
物質間では反射率が高くなるため、触媒体はペレットや
粒状のような物の場合触媒体と液体または触媒体と気体
の界面で反射または減衰を繰り返し、伝達率が低下して
しまう。したがって触媒体にはハニカム状等の連続体が
好ましい。また、触媒体中の隙間に空気が満たされてい
るよりも、液体が多量に含有された状態、または通水状
態の方が超音波照射すると超音波を広い範囲に伝播させ
ることができる。
【００１８】超音波振動子３には電源６より交流電圧が
供給されるが、その周波数は周辺回路を含む超音波振動
子３の共振周波数とするのが望ましい。共振周波数は超
音波振動子３の温度により僅かに変化し、共振点から電
源周波数が僅かにずれることにより超音波出力効率が大
きく低下するため、電源６は周波数を僅かに変化できる
こと、または共振周波数を追従する機能を有することが
望ましい。
供給されるが、その周波数は周辺回路を含む超音波振動
子３の共振周波数とするのが望ましい。共振周波数は超
音波振動子３の温度により僅かに変化し、共振点から電
源周波数が僅かにずれることにより超音波出力効率が大
きく低下するため、電源６は周波数を僅かに変化できる
こと、または共振周波数を追従する機能を有することが
望ましい。
【００１９】図２に本発明の別の実施例を示す。超音波
振動子３と触媒体２は、図１に示すように密着して設置
しても良いが、図２のように離して設置しても良い。図
３に、図２を応用した通水路または通風路の構成例を示
す。
振動子３と触媒体２は、図１に示すように密着して設置
しても良いが、図２のように離して設置しても良い。図
３に、図２を応用した通水路または通風路の構成例を示
す。
【００２０】図４に、本発明の別の実施の形態を示す。
電源６は超音波振動子３へ電力を供給するが、それ自身
が大きな発熱量を有し、その放熱を行うことは非常に重
要である。放熱フィン等を付加するのが一般的であるが
放熱量に比例してフィンの大きさも大きくする必要があ
った。図４に従えば、通水路または通風路に放熱し、よ
り早くより大きな放熱を行うことが可能になり、同一放
熱量の場合電源を小型化でき、同一の電源の大きさであ
ればより大きな電流を流すことが可能になった。具体的
には電源ケースを通水路または通風路に密着させても良
いし、電源の放熱フィンを通水路または通風路に密着さ
せても良い。
電源６は超音波振動子３へ電力を供給するが、それ自身
が大きな発熱量を有し、その放熱を行うことは非常に重
要である。放熱フィン等を付加するのが一般的であるが
放熱量に比例してフィンの大きさも大きくする必要があ
った。図４に従えば、通水路または通風路に放熱し、よ
り早くより大きな放熱を行うことが可能になり、同一放
熱量の場合電源を小型化でき、同一の電源の大きさであ
ればより大きな電流を流すことが可能になった。具体的
には電源ケースを通水路または通風路に密着させても良
いし、電源の放熱フィンを通水路または通風路に密着さ
せても良い。
【００２１】
【実施例】図１の構成で触媒体２に白金を担持した活性
炭を使用し、超音波振動子３にＰＺＴを用い、周波数を
変えトリハロメタンを含む流水に超音波を照射しトリハ
ロメタンの除去率を測定した。また測定方法は浄水器協
議会自主規格基準によった。その実験結果を図５に示
す。図５から超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上の時が
分解率が良いことが分かった。本実験のように、通水路
もしくは通風路の少なくとも下流側に、超音波により破
砕し溶出した触媒体を除去するフィルタ４を設置するこ
とが望ましいが、周波数を適切に選択すれば超音波によ
る触媒体の破砕、溶出は最低限に抑制することができ
る。
炭を使用し、超音波振動子３にＰＺＴを用い、周波数を
変えトリハロメタンを含む流水に超音波を照射しトリハ
ロメタンの除去率を測定した。また測定方法は浄水器協
議会自主規格基準によった。その実験結果を図５に示
す。図５から超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上の時が
分解率が良いことが分かった。本実験のように、通水路
もしくは通風路の少なくとも下流側に、超音波により破
砕し溶出した触媒体を除去するフィルタ４を設置するこ
とが望ましいが、周波数を適切に選択すれば超音波によ
る触媒体の破砕、溶出は最低限に抑制することができ
る。
【００２２】本発明は上記構成により次の効果を発揮す
る。吸着材に触媒を付加または練り込んだ触媒体に超音
波を照射することにより、幅広い汚染濃度に対応でき、
低コストでより処理速度が早く、また超音波振動子の振
動周波数を適切に選択し、触媒体の溶出防止用フィルタ
を設けることにより触媒体の溶出の無い分解、殺菌、浄
化、合成、等を行う装置を提供することが可能になっ
た。
る。吸着材に触媒を付加または練り込んだ触媒体に超音
波を照射することにより、幅広い汚染濃度に対応でき、
低コストでより処理速度が早く、また超音波振動子の振
動周波数を適切に選択し、触媒体の溶出防止用フィルタ
を設けることにより触媒体の溶出の無い分解、殺菌、浄
化、合成、等を行う装置を提供することが可能になっ
た。
【図１】 本発明の装置を説明する断面図である。
【図２】 触媒体と超音波振動子の位置関係の構成例を
示す図である。
示す図である。
【図３】 本発明の触媒構造体を用いた装置の構成例を
示す図である
示す図である
【図４】 電源の設置例を示す図である。
【図５】 実施例１の評価結果を表す表である。
１…触媒構造体 ２…触媒 ３…超音波振動子 ４…フィルタ ５…通水路または通風路 ６…電源
Claims (5)
- 【請求項１】 吸着材に触媒を付加または練り込んだ触
媒体と、超音波照射手段からなり、該触媒体の表面また
は内部に超音波を照射し、有害物質分解、殺菌、浄化、
合成、等を行うことを特徴とする超音波処理装置。 - 【請求項２】 前記触媒体は、ハニカム型等の連続体で
あることを特徴とする請求項１に記載の超音波処理装
置。 - 【請求項３】 前記超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の超音波処理装置。 - 【請求項４】 前記触媒体は、貫通孔を有する通水また
は通風可能な構造とし、その触媒体の流路に対して少な
くとも後段にフィルタを設けたことを特徴とする請求項
１乃至３に記載の超音波処理装置。 - 【請求項５】 超音波振動子へ電力を供給する電源を有
し、該電源より発生する熱を前記通水路または通風路へ
放熱することを特徴とする請求項１乃至３に記載の超音
波処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10213542A JP2000024494A (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 超音波処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10213542A JP2000024494A (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 超音波処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000024494A true JP2000024494A (ja) | 2000-01-25 |
Family
ID=16640928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10213542A Pending JP2000024494A (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 超音波処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000024494A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004004881A1 (ja) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Toshiba Plant Systems & Services Corporation | 液体混合装置および液体混合方法 |
| JP2004507360A (ja) * | 2000-09-13 | 2004-03-11 | コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼイション | 固液混合物を処理するプロセス |
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| US20080063718A1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Delivery Systems For Delivering Functional Compounds to Substrates and Processes of Using the Same |
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-
1998
- 1998-07-13 JP JP10213542A patent/JP2000024494A/ja active Pending
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