JP2014193466A

JP2014193466A - 溶液の反応装置

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Publication number: JP2014193466A
Application number: JP2014108598A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Matsuura; 一雄松浦; Susumu Futai; 晋二井
Original assignee: NANO MIST TECHNOLOGIES KK
Current assignee: NANO MIST TECHNOLOGIES KK
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2014-10-09
Also published as: JPWO2006129807A1; EP1892037A4; EP1892037A1; US20080190862A1; WO2006129807A1; US8273252B2

Abstract

【課題】主として廃液等の溶液に含まれる有機物を酸化又は還元して分解する反応装置について、溶液と反応ガスとの気液界面を理想的な状態とすることにより、溶液内成分と反応ガスとの反応を効率よく迅速に進行させる反応装置の提供。
【解決手段】原液槽１１からポンプ１０で送液した溶液を超音波振動子２で霧化し、霧化されたミストＭに反応ガスＧを接触させて反応ガスＧで溶液中の含有成分を化学変化させる装置であり、超音波振動子２の上方に、上端に噴霧口を開口している筒体６を配設し、筒体６には、噴霧口から噴霧されるミストＭに反応ガスＧを供給する噴気口が筒体上端の周囲にスリット状に開口されており、供給された反応ガスＧとミストＭが接触・反応する反応装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として廃液等の溶液に含まれる有機物等を酸化、または還元して分解する反応装置に関する。

染色工場から排出される着色された廃水は、含有する染料等の有機物を酸化分解して無色の綺麗な水にできる。このことを実現するために、廃液中にオゾン等の酸化性ガスを気泡の状態で噴射するバブリング方法が開発されている。バブリングされた酸化性ガスのオゾンは、廃水に含まれる染料を分解して無色にする。この方法は、気液接触によって引き起こされる溶液の酸化反応によって廃水を綺麗にする。この方法は、気泡塔と呼ばれる塔に廃水を充填し、微細な気泡を塔の下部から注入する。気泡は気泡塔内で廃水中を浮上し、液面に達するまでの間に、気泡の酸化性ガスが染料等を酸化分解して綺麗にする。

ただ、この方法は以下の欠点がある。
（１）反応速度が気泡の表面積、すなわち個々の気泡径に依存しているので、表面積を大きくするために微細な気泡を生成する必要がある。しかしながら、微細な気泡を生成するには、構造が複雑になるばかりでなく、消費エネルギーも大きくなる。また、微細な気泡としても、廃水中で気泡が接触してひとつに合一し、気泡半径が大きくなりやすい。このため、反応速度を規定する気液界面積が低下する問題がある。

（２）また、小さい気泡を注入しても、気泡中の酸化性ガスは気泡中に存在する量しか酸化力を発現できない。すなわち、微細な気泡に含まれる酸化性ガスが消費されてなくなると、気泡が廃水に接触しながら浮上しても酸化力を失う。酸化性ガスの含有量は気泡が小さくなると少なくなる。このため、気泡径が小さくなればなるほど酸化性ガスの消耗が早く、気泡の上昇とともに酸化力は短時間で失われる。したがって、気泡生成部の近傍でのみ廃水中の酸化性ガス濃度が高くなり、酸化性ガスの濃度を廃水中に均一にはできない。

（３）さらに、気液界面の付近で反応が進行する場合、気泡中の酸化性ガスと廃液表面の間で酸化前の物質の供給と酸化生成物の除去というふたつの移動現象を同時に進行させる必要がある。反応を促進するには、このふたつの移動現象を加速するために、廃水と気泡の混合相を激しく撹拌する必要がある。ところが、廃水中の物質の移動速度には限界があり、移動速度が装置全体の反応速度を限定する要因となっている。

このような欠点を解消する反応方法として、オゾンガス中に溶液を噴霧する方法が開発されている。（特許文献１及び２参照）
特開２００３−３２６２８５号公報特開平９−２３９３８３号公報

特許文献１の公報は、廃水の汚濁物質を紫外線とオゾンで酸化、分解して除去する廃水処理システムを記載する。この廃水処理システムは、廃水を噴霧式反応槽内の噴霧ノズルから反応槽内へ噴霧する。噴霧された微細粒子中に溶存する汚濁物質は、紫外線発光ランプの紫外線と、オゾン供給部から供給されるオゾンガスと接触して吸収し相乗酸化を受けて分解除去される。又、噴霧式反応槽内で気化分離した揮発性有機塩素化合物質等は未利用オゾンガスと共にコンデンサーを経由して気相反応槽へ導入する。気相反応槽へ送気された汚濁性気体は紫外線発光ランプから発せられた紫外線の照射下に於いて未利用オゾン（オゾン濃度センサーを用いてオゾン濃度が不足する場合にはオゾン化装置から部分的に補給する）と接触して吸収し相乗酸化分解反応により分解除去される。

さらに、特許文献２の公報は、染色廃液の脱色方法を記載している。この方法は、オゾン雰囲気中に染色廃液を噴霧し、オゾンと染色廃液とを接触せしめて染色廃液中の染料を酸化脱色した後、オゾンを分解消去する。この装置は、オゾン発生器と、該オゾン発生器で生成されたオゾンが内部に供給される反応容器と、該反応容器内に染色廃液を噴霧する染色廃液噴霧器と、反応容器内のオゾンを分解消去するオゾン消去器とを備える。

これ等の公報に記載される方法は、オゾンガスやオゾン雰囲気中に廃水や染料廃液等の溶液を微細なミストとして噴霧し、ミストとオゾンを接触させて、酸化、分解、脱色等の化学変化させる。この方法は、廃水や廃液等の溶液中にオゾンを気泡の状態で浮上させるバブリング方法に比較すると、溶液とオゾンとの接触面積を大きくして速やかに化学変化できる。また、溶液をオゾン中に微細なミストの状態で噴霧するので、溶液が化学変化するまでオゾンに接触しながら化学変化できる。

ただ、これ等の方法は、溶液を化学変化させる効率を、全ての用途において充分に満足できるようにはできない。とくに、廃水や廃液の処理は、膨大な量の溶液を短時間に能率よく処理することが要求されることから、さらに効率よく速やかにオゾンで化学変化する方法が要求されている。

本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、溶液と反応ガスとの気液界面を理想的な状態とすることで、反応ガスでもって溶液の含有成分を極めて効率よく、しかも速やかに化学反応できる反応装置と反応方法を提供することにある。

本発明の溶液の反応装置は、溶液Ｌと反応ガスＧとを接触させて、反応ガスＧでもって溶液Ｌの含有成分を化学変化させる。反応装置は、溶液Ｌを超音波振動させてミストＭに霧化する超音波振動子２と、超音波振動子２に接続されて超音波振動子２に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源３と、超音波振動子２で霧化されたミストＭに反応ガスＧを接触させる反応部３１とを備える。この反応装置は、溶液Ｌを超音波振動子２でミストＭに霧化し、霧化されるミストＭを反応ガスＧに接触させて、反応ガスＧでもって溶液Ｌの含有成分を化学変化させる。

本発明の溶液の反応装置は、超音波振動子２の上方に、上端に噴霧口１２を開口している筒体６を配設しており、超音波振動子２が筒体６の噴霧口１２に向かって溶液Ｌに超音波振動を与えて溶液Ｌを噴霧口１２からミストＭに霧化して放出する。さらに、筒体６は、噴霧口１２から噴霧されるミストＭに反応ガスＧを供給する噴気口１４を開口して、この噴気口１４を反応ガスＧの供給源３２に連結している。反応装置は、供給源３２から供給される反応ガスＧを噴気口１４からミストＭに供給して、噴霧口１２から噴霧されるミストＭを反応ガスＧ中に供給し、霧化されたミストＭを反応ガスＧに接触させる。

筒体６は、円筒形とすることも、噴霧口１２に向かって細くなる円錐ホーンとすることも、あるいは、エクスポーネンシャルホーンとすることもできる。さらに、筒体６は、噴霧口１２の周囲に噴気口１４を開口することができる。

さらに、本発明の溶液の反応装置は、溶液Ｌを、オゾンに接触して酸化分解される有機物を含有するものとし、反応ガスＧを、オゾンを含む空気とすることができる。

本発明の反応装置は、溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストに反応ガスを接触させて、反応ガスでもって溶液の含有成分を化学変化させるので、超音波振動によってミストに霧化された溶液と反応ガスとの気液界面を理想的な状態として、反応ガスでもって溶液の含有成分を極めて効率よく、しかも速やかに化学反応できる特長がある。

とくに、本発明の反応装置は、上端に噴霧口を開口している筒体に溶液を充填し、この筒体内の溶液に超音波振動を与えて溶液を噴霧口からミストに霧化して放出するので、超音波振動子が効率よく溶液をミストに霧化できる。したがって、この反応装置は、超音波振動によって溶液を効率よくミストに霧化しながら、霧化されたミストを反応ガスで速やかに効率よく化学反応できる。

本発明の一実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。本発明の他の実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。本発明の他の実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。本発明の他の実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。図４に示す溶液の反応装置の筒体を示す拡大断面正面図である。筒体の他の一例を示す拡大断面図である。筒体の他の一例を示す拡大断面図である。本発明の他の実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。本発明の他の実施例にかかる溶液の反応装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための溶液の反応装置を例示するものであって、本発明は反応装置を以下に特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

本発明の反応装置は、溶液と反応ガスとを接触させて、反応ガスでもって溶液の含有成分を化学変化させる。溶液は、工場廃水等の有害物質を含む廃水等であって、有害物質を反応ガスで反応させて分解できるものが使用される。溶液を工場廃水とする場合、廃水に含まれる有害物質を酸化し、還元し、あるいは分解して消失し、あるいは無害化して廃水処理をすることができる。また、溶液を染色廃水とする場合は、着色された染色廃水に含まれる有害物質を酸化、還元、分解等の化学反応をさせて、無色の綺麗な排水に処理できる。ただし、本発明は溶液を廃水に特定するものではなく、溶液には含有成分を反応ガスに接触して反応できる全てのものを使用することができる。

図１の反応装置は、加圧された反応ガスＧを供給する加圧供給部４２と、加圧供給部４２の排出側に連結している回収部４５とを備える。ただし、この図の反応装置は本発明に実施例にかかるものでなく、加圧供給部を示すブロック図である。

加圧供給部４２は、ノズル４１の噴射路に加圧された反応ガスＧを供給する。この反応ガスＧには、溶液Ｌに含有される成分を酸化、還元、分解等の化学反応をさせるガスが使用される。溶液Ｌの含有成分を酸化する反応ガスＧとして、オゾンを含む空気とすることができる。オゾンは、フッ素に次いで強い酸化力を持っており、分解後は酸素となって環境にも人体にも無害である。また、オゾンは、有機物の二重結合を選択的に切断する特性を有し、しかも、発生方法が簡単である。したがって、オゾンを含む空気は、含有成分を酸化する反応ガスＧとして最適である。ただ、反応ガスには、オゾンを単独で使用することもできる。また、含有成分を酸化する反応ガスには、オゾン以外の種々の酸化剤、たとえば塩素等の気体を単独で使用し、あるいは空気に混合して使用することもできる。さらに、含有成分を還元する反応ガスには、種々の還元剤、たとえば水素等の気体を単独で、あるいはこの気体を含む空気を使用することができる。

図１に示す加圧供給部４２は、反応ガスＧとして、オゾンを含む空気をノズル４１に供給している。この加圧供給部４２は、空気を強制送風するコンプレッサー４８と、強制送風される空気中にオゾンを発生させるオゾン発生器４９とを備える。コンプレッサー４８は、吸入した空気を強制送風してオゾン発生器４９に供給する。オゾン発生器４９は、コンプレッサー４８から供給される空気中に放電してオゾンを発生させる。オゾン発生器４９で生成されたオゾンを含む空気は、反応ガスＧとして、加圧供給部４２からノズル４１に供給される。図に示す加圧供給部は、コンプレッサーの排出側にオゾン発生器を配置しているが、オゾン発生器は、コンプレッサーの供給側に配置することもできる。

本発明の実施例の反応装置を図２ないし図４に示す。これらの図の反応装置は、溶液Ｌを超音波振動でミストＭに霧化して、溶液Ｌの含有成分を反応ガスＧで化学変化させる。この反応装置は、溶液Ｌを超音波振動させてミストＭに霧化する超音波振動子２と、超音波振動子２に接続されて超音波振動子２に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源３と、超音波振動子２で霧化されたミストＭに反応ガスＧを接触させる反応部３１とを備える。この反応装置は、溶液Ｌを超音波振動子２でミストＭに霧化し、霧化されるミストＭを反応ガスＧに接触させて、反応ガスＧでもって溶液Ｌの含有成分を化学変化させる。

図に示す反応装置は、溶液Ｌを超音波振動でミストＭに霧化する超音波霧化機１と、この超音波霧化機１で霧化されたミストＭを反応ガスＧで化学変化させた後、凝集させて回収する回収部５とを備える。超音波霧化機１は、溶液Ｌが供給される閉鎖構造の超音波霧化室４と、この超音波霧化室４の溶液Ｌを超音波振動させてミストＭに霧化する複数の超音波振動子２と、各々の超音波振動子２の上方に配設している筒体６と、超音波振動子２に接続している超音波電源３を備える。

図２の反応装置は、超音波霧化室４と回収部５とを別々に離して、循環ダクト７で連結している。図３の反応装置は、回収部５に超音波霧化室４を内蔵させ、図４の反応装置は、回収部５と超音波霧化室４とでひとつの気密チャンバーを構成して、回収部５と超音波霧化室４とを一体構造としている。

これ等の反応装置は、超音波霧化室４で霧化された溶液ＬのミストＭを、閉鎖構造の回収部５に流入させる。回収部５は、微細なミストＭを凝集させて含有成分を化学変化させた溶液として回収する。ミストＭは、気体ではないので、必ずしも冷却しないで凝集させて回収できる。ただ、ミストＭを冷却して速やかに回収できる。

溶液Ｌはポンプ１０で超音波霧化室４に供給される。図２ないし図４に示す超音波霧化室４は、溶液Ｌを蓄えている原液槽１１を、ポンプ１０を介して連結しており、原液槽１１から連続的に溶液Ｌを供給している。とくに図２に示す反応装置は、超音波霧化室４の溶液を原液槽１１に循環して、原液槽１１から連続的に溶液Ｌを供給している。ただ、溶液は、必ずしも連続的に超音波霧化室に供給する必要はなく、所定の周期で供給することも、全ての溶液を霧化した後、供給することもできる。

超音波霧化室４の溶液Ｌは、超音波霧化機１でミストＭに霧化される。このとき、たとえば、溶液中の含有成分に、溶液Ｌの表面に移行する性質がある場合、または、含有成分が溶液Ｌよりも気化しやすい場合、超音波霧化機１で霧化されたミストＭは、含有成分の濃度が溶液Ｌよりも高くなる。したがって、これらの性質を有する含有成分を含む溶液Ｌを超音波霧化機１でミストＭに霧化し、霧化されたミストＭを反応ガスＧで、酸化、還元、分解した後、これを凝集させて回収して、溶液Ｌから選択的に含有成分を効率よく除去して、除去した含有成分を効率よく酸化、還元、分解等の化学変化させて回収できる。

このように、溶液Ｌから選択的に含有成分をミストＭに霧化して、霧化した含有成分を酸化、還元、分解等の化学変化させる場合、必ずしも、超音波霧化室４に供給される全ての溶液ＬをミストＭとして霧化する必要はない。超音波霧化室４に供給された溶液Ｌは、ミストＭとして霧化して容量が少なくなるにしたがって、含有成分の濃度が低下するからである。このため、超音波霧化室４は、溶液Ｌを霧化して、含有成分の濃度が低下すると、溶液Ｌを新しいものに入れ換えることができる。この装置は、たとえば、一定の時間経過すると溶液を新しいものに入れ換える方法、すなわちバッチ式に溶液を交換する。また、図２の矢印Ａで示すように、超音波霧化室４の溶液を原液槽１１に循環することなく外部に排出することもできる。

さらに、超音波霧化室４に供給される溶液Ｌは、溶液Ｌに含まれる含有成分の性質（たとえば、溶液の表面に移行する性質があるか、又は、溶液よりも気化しやすいか等）の如何にかかわらず、供給される全ての溶液ＬをミストＭとして霧化することもできる。この反応装置は、原液槽１１から超音波霧化室４に連続的に溶液Ｌを供給しながら、超音波霧化機１を連続運転して、効率よく溶液をミストＭに霧化して、溶液Ｌに含まれる含有成分を酸化、還元、分解等の化学変化させることができる。

さらに、図２ないし図４の反応装置は、溶液Ｌの含有成分を反応ガスＧとより効率よく化学変化させるために、超音波霧化室４に筒体６を配設している。筒体６は、各々の超音波振動子２の上方に配設されて、超音波振動子２で超音波振動される溶液Ｌから効率よくミストＭを飛散させる。筒体６は、上端に噴霧口１２を開口している筒状としている。筒体６は、内部に溶液Ｌを充填し、筒体６内の溶液Ｌに、噴霧口１２に向かって超音波振動を与えて、噴霧口１２からミストＭに霧化して飛散する。図の超音波振動子２は、上方に超音波を放射する。したがって、超音波振動子２の上方に、垂直な姿勢で配設している。図の筒体６は、上端に向かって次第に細くなる円錐ホーンである。ただし、筒体は、内面の形状をエクスポーネンシャルカーブとするエクスポーネンシャルホーンとすることもできる。円錐ホーンやエクスポーネンシャルホーンの筒体６は、内部に効率よく超音波振動を伝達させて、溶液Ｌを能率よくミストＭに霧化できる特徴がある。ただ、筒体は、円筒形状、楕円筒状、多角筒状とするとすることもできる。

筒体６の下端開口部の内形は、超音波振動を効率よく内部に伝達できるように、超音波振動子２の外形より小さく、あるいは大きくして、超音波振動される液柱Ｐが内面に沿って上昇するようにする。たとえば、筒体６の下端の開口部の内径は、超音波振動子２の外径の５０〜１５０％、好ましくは６０〜１００％とする。

さらに、筒体６の高さと噴霧口１２の大きさは、筒体６の内部に沿って、いいかえると筒体６の内面と溶液Ｌの液柱Ｐとの間に気層ができないように、超音波振動による液柱Ｐが筒体６の内部に沿って上昇し、噴霧口１２の近傍でミストＭとなって飛散するように設計される。ただ、液柱Ｐが噴霧口１２から突出するように、いいかえると筒体６を液柱Ｐよりも低くすることもできる。したがって、筒体６の高さと噴霧口１２の大きさは、超音波振動子２の大きさ、出力、周波数等によって最適値に設計される。

図の筒体６は、下端を溶液Ｌの液面よりも下方に、噴霧口１２を液面よりも上方に配設する。この筒体６は、液面よりも下方の超音波振動を内部に案内し、液面から上方にある噴霧口１２からミストＭとして飛散させる。

図５の筒体６は、超音波振動子２から上方に離して配設され、図６と図７の筒体６は、底部に超音波振動子２を配設して、超音波振動子２で下端の開口部を液密に閉塞している。下端を超音波振動子２で閉塞する筒体６は、内部に溶液Ｌを供給する流入口１３を開口している。

さらに、図７の筒体６は、複数の分岐筒６Ａに分岐している。各々の分岐筒６Ａは、上端を細くする円錐ホーンである。各々の分岐筒６Ａは、下端を開口して上端に噴霧口１２を開口している。隣接する分岐筒６Ａの境界は、超音波振動の反射を少なくして効率よく分岐筒６Ａの内部に伝導するように、下端に向かって次第に幅の狭くなるテーパー状として下端縁を先鋭な形状としている。各々の分岐筒６Ａは、溶液Ｌを供給するために流入口１３を開口している。この筒体６は、流入口１３から溶液Ｌが供給される。供給された溶液Ｌは、超音波振動子２から放射される超音波振動の超音波を、複数の分岐筒６Ａに分岐して案内する。各々の分岐筒６Ａの内部で溶液Ｌは超音波振動されて液柱となり、上部の噴霧口１２からミストＭに霧化されて飛散される。

さらに、筒体６は、噴霧口１２から霧化されるミストＭに反応ガスＧを供給する噴気口１４を開口して、この噴気口１４を供給部３２に連結している。この供給部３２は、筒体６に加圧された反応ガスＧを供給する。この反応ガスＧには、前述のように、溶液Ｌに含有される成分を酸化、還元、分解等の化学反応をさせるガスが使用される。供給部３２は、前述の加圧供給部と同じ構造とすることができる。この供給部３２は、たとえば、反応ガスＧとして、オゾンを含む空気を供給する場合、図示しないが、空気を強制送風するコンプレッサーと、強制送風される空気中にオゾンを発生させるオゾン発生器とを備えることができる。供給部３２から供給される反応ガスＧは噴気口１４からミストＭに供給され、噴霧口１２から噴霧されるミストＭは反応ガスＧ中に霧化される。この状態で霧化されたミストＭを回収部５で凝集させて溶液Ｌを回収する。

図５ないし図７の筒体６は、壁面を二重構造として平面の内部にダクト１５を設けている。ダクト１５は、筒体６の上端に開口している噴気口１４に連結している。ダクト１５に供給される反応ガスＧは、噴気口１４から排出される。噴気口１４は、筒体６上端の周囲に、スリット状に開口されている。スリット状の噴気口１４は、反応ガスＧをリング状に排気する。リング状に排気される反応ガスＧの内側にミストＭが放出される。この構造の筒体６は、ミストＭを新鮮な反応ガスＧの内側に噴霧する。このため、溶液Ｌを効率よくミストＭに霧化して含有成分を化学変化できる。ミストＭがミストＭ濃度の低い反応ガスＧ中に霧化されるからである。

図５ないし図７の筒体６は、連結ダクト１６に脱着できるように連結している。連結ダクト１６には、図示しないが、複数の筒体を連結している。図５の筒体６は、下端の外周に雄ネジ１７を設け、連結ダクト１６には筒体６の雄ネジ１７をねじ込む雌ネジ穴１８を設けている。筒体６は、雄ネジ１７を雌ネジ穴１８の雌ネジにねじ込んで、連結ダクト１６に連結される。連結ダクト１６は、内部に反応ガスＧの供給ダクト１９を設けている。この供給ダクト１９には、反応ガスＧの供給部３２を連結している。筒体６は、連結ダクト１６に連結される状態で、ダクト１５の入口を連結ダクト１６の供給ダクト１９に連結して、連結ダクト１６の供給ダクト１９から筒体６のダクト１５に反応ガスＧが供給される。図５の筒体６は、雄ネジ１７の上方と底面とに、リング溝を設けて、ここにＯリング２０、２１を入れている。Ｏリング２０、２１は、筒体６を連結ダクト１６に連結する状態で、雌ネジ穴１８の内面に密着して、連結ダクト１６と筒体６との連結部の気体漏れを阻止する。すなわち、筒体６を気密な状態で連結ダクト１６に連結する。

図６と図７の筒体６は、下端に円柱状の連結部２２を設け、この連結部２２を挿入する連結穴２３を連結ダクト１６に設けている。連結穴２３は、連結ダクト１６を上下に貫通して設けている。連結部２２と連結穴２３との気体漏れを阻止するために、連結部２２の上部に設けたリング溝にＯリング２０を入れて、連結穴２３の下部に設けたリング溝にＯリング２１を入れている。Ｏリング２０、２１は、連結部２２と連結穴２３の隙間を閉塞して、筒体６を連結ダクト１６に気密に気体漏れしないように連結する。筒体６を連結ダクト１６に連結して、筒体６のダクト１５の入口は連結ダクト１６の供給ダクト１９に連結され、連結ダクト１６の供給ダクト１９から筒体６のダクト１５に反応ガスＧが供給される。

さらに、これ等の図に示す筒体６は、脱着連結具２４を介して超音波振動子２を脱着できるように連結している。脱着連結具２４は、上方を開口する装着室２５を内部に設けている。この装着室２５に超音波振動子２を固定している。図の脱着連結具２４は、装着室２５に超音波振動子２を駆動するための電源回路部品２６も収納している。電源回路部品２６は、リード線２７を介して超音波振動子２に接続されて、超音波振動子２に電気信号の超音波出力を出力する。超音波振動子２は、装着室２５の開口部を気密に閉塞する。したがって、超音波振動子２は、その周囲を、パッキン２８を介して装着室２５の開口部に密着している。超音波振動子２で水密に閉塞される装着室２５に、電源回路部品２６を収納している。このため、電源回路部品２６を水密構造とする必要はない。図の脱着連結具２４は、装着室２５に超音波振動子２と電源回路部品２６を内蔵するので、超音波振動子２と電源回路部品２６を簡単に交換できる特徴がある。ただ、脱着連結具は、装着室に超音波振動子のみを収納し、超音波振動子に接続しているリード線を脱着連結具の外側に引き出して、電源回路に接続する構造とすることもできる。この脱着連結具は、超音波振動子を必ずしも水密構造に固定する必要はない。

脱着連結具２４は、筒体６の下端に、下方に開口して設けている連結凹部２９に脱着できるように連結される。脱着凹部２９は、内面に雌ネジを設けている。脱着連結具２４は、脱着凹部２９に挿入できる外形として、脱着凹部２９の雌ネジにねじ込む雄ネジを外周に設けている。雄ネジを雌ネジにねじ込んで、脱着連結具２４は脱着凹部２９に連結される。脱着凹部２９は筒体６の内部に連通しているので、脱着連結具２４は筒体６に液密な構造で連結する必要がある。このため、脱着凹部２９の内面と脱着連結具２４の外周との間にＯリング３０を挟着している。Ｏリング３０は、Ｏリング３０と脱着連結具２４との間を液密な状態で連結して、筒体６の下端の脱着凹部２９を脱着連結具２４で液密に閉塞する。

以上の超音波霧化機１は、超音波振動子２を超音波振動させて、溶液ＬをミストＭとして筒体６の噴霧口１２から飛散させる。溶液Ｌは、筒体６の内部で超音波振動され、噴霧口１２からミストＭとして飛散される。図の超音波霧化機１は、超音波振動子２を上向きに配設している。超音波振動子２は、底から筒体６の内部に向かって上向きに超音波を放射して、溶液Ｌを超音波振動させ、溶液Ｌを筒体６の内部で押し上げて、噴霧口１２からミストＭとして飛散させる。超音波振動子２は、垂直方向に超音波を放射する。

図２ないし図４に示す超音波霧化機１は、複数の超音波振動子２と、これ等の超音波振動子２を超音波振動させる超音波電源３とを備える。超音波振動子２は、筒体６の下方に固定される。

超音波霧化室４で霧化された溶液ＬのミストＭは、反応ガスＧで含有成分を化学変化させた後、回収部５に流入される。ミストＭを回収部５に流入させるために、図２の装置は、回収部５を循環ダクト７で超音波霧化室４に連結しており、図３の装置は、超音波霧化室４を回収部５に内蔵しており、図４の装置は、回収部５の上部に超音波霧化室４を配設している。図３と図４の装置は、回収部５の容積を、超音波霧化室４に比較して充分に大きく、たとえば、超音波霧化室４の容積の２〜１００倍、好ましくは５〜５０倍、さらに好ましくは５〜２０倍としている。図３の装置は、超音波霧化室４と回収部５の上部を連通路であるダクト８を介して連結して一体構造としている。超音波霧化室４で霧化したミストＭは、ゆっくりと降下して回収部５に溶液Ｌとして回収される。

さらに、図２の装置は、筒体６の噴霧口１２から飛散するミストＭを効率よく回収して循環ダクト７に循環させるために、筒体６の噴霧口１２の上方に、ミストＭの吸入部９を設けている。図に示す吸入部９は、円筒状のパイプで、筒体６の上方に垂直の姿勢で配置している。筒状のパイプである吸入部９は、下端を筒体６の上部に配置して、上端を超音波霧化室４の上方に延長している。図に示す吸入部９は、筒体６の上端縁に位置して、円筒状パイプの下端縁を配置している。ただ、吸入部は、下端部を筒体の上部にラップする状態で配置することも、あるいは、下端縁を筒体の上端縁から離して配置することもできる。さらに、吸入部９の下端の開口部は、筒体６の噴霧口１２よりも広い開口面積としており、筒体６の上端から飛散されるミストＭを漏れなく回収できるようにしている。吸入部９の上端は、超音波霧化室４の上部で連結されており、この連結部を循環ダクト７に連結して、吸入部９で回収されたミストＭを循環ダクト７に循環させるようにしている。ただ、吸入部は、必ずしも設ける必要はない。

図２の反応装置は、図示しないが、回収部として、ミストを冷却して凝集させる冷却用熱交換器を内蔵することができる。この冷却用熱交換器は、熱交換パイプにフィンを固定した構造として、熱交換パイプに冷却用の冷媒や冷却水を循環させて、回収したミストを冷却して凝集することができる。超音波霧化室で霧化されたミストは、一部が気化して気体となることが、この反応装置では、気体は回収部の冷却用熱交換器で冷却され、結露して凝集されて回収される。回収部に流入されるミストは、冷却用熱交換器に衝突し、あるいは互いに衝突して大きく凝集し、または冷却用熱交換器のフィン等に衝突して大きく凝集して溶液として回収される。ミストと気体を冷却用熱交換器で凝集して回収した後、含有成分を化学変化させた反応ガスは、ポンプで強制的に吸引されて回収し、あるいは、再び加圧供給部に供給し、あるいはまた、大気中に排出される。

図３と図４の回収部５は閉鎖チャンバーであって、ここに供給されるミストＭは外部に排出されない。したがって、回収部５に供給されたミストＭは、互いに衝突して大きく凝集し、あるいは、邪魔板等に衝突して大きく凝集して溶液Ｌとして回収される。回収部５において、ミストＭをより速やかに回収するために、図３と図４の回収部５は、含有成分を化学変化させた溶液Ｌを散水するノズル３６を備える。ノズル３６は、循環ポンプ３５を介して回収部５の底部に連結される。循環ポンプ３５は、回収部５に回収された溶液Ｌを吸入して、ノズル３６から噴霧させる。

図の反応装置は、回収部５の上部と側面にノズル３６を配設している。上部のノズル３６は、下向きに溶液Ｌを噴霧する。側面のノズル３６は、水平方向に溶液Ｌを噴霧する。ノズル３６から噴霧される溶液Ｌは、超音波霧化機１で霧化されたミストＭに比較して充分に大きな水滴であって、回収部５の内部を速やかに落下し、落下するときに、回収部５の内部に浮遊しているミストＭに衝突して、ミストＭを回収しながら落下する。したがって、回収部５に浮遊するミストＭを効率よく速やかに回収できる。

図の反応装置は、ノズル３６を上と側面とに配設しているが、回収部５の下部にノズルを配設することもできる。下部のノズルは、上向きに溶液Ｌを噴霧する。このノズルは、回収部の天井に溶液を衝突させる速度で、あるいは、天井の近傍まで上昇する速度で溶液を噴霧する。天井の近傍まで上昇するように噴霧される溶液は、天井の近傍で下向きに方向を変えて落下するので、上昇するときと降下するときにミストＭに接触して、ミストＭを効率よく回収する。

さらに、図３と図４の反応装置において、噴気口１４から噴射されて含有成分を化学変化させた反応ガスは、回収部５から回収される。これらの図の反応装置は、回収部５の上部に連結したポンプで、含有成分を化学変化させた反応ガスを強制的に吸引して回収している。回収された気体は、再び加圧供給部に供給し、あるいは、大気中に排出される。ただ、回収部５から回収される気体には、霧化されたミストＭが含まれるおそれがある。したがって、この反応装置は、回収部５の排気部３４に、気体を通過させるがミスト等の液体を通過させないポアサイズのフィルター（図示せず）を配設して、ここからミストが排出されるのを防止することができる。さらに、反応装置は、図示しないが、回収部から回収される気体を第２回収部に供給し、この第２回収部で、回収気体に含まれるミストを凝集して回収することもできる。この第２回収部には、前述の冷却用熱交換器等が使用できる。

さらに、図８の回収部５は、内部に複数枚の邪魔板３７を配設している。邪魔板３７は、隣接するものとの間にミストＭを通過できる隙間を設けて、垂直の姿勢で配設している。垂直の邪魔板３７は、ミストＭを表面に衝突させて付着する溶液Ｌを自然に流下させて回収できる。図の邪魔板３７は、表面を凹凸面として、ミストＭをより効率よく接触させて回収できるようにしている。

さらに、図８の回収部５は、ミストＭを強制送風して撹拌するファン３８を設けている。ファン３８は、回収部５のミストＭを撹拌する。撹拌されるミストＭは、互いに衝突して凝集し、あるいは、邪魔板３７の表面に衝突して凝集する。凝集するミストＭは、速やかに落下して回収される。図のファン３８は、回収部５のミストＭを下向きに送風して循環させる。

図９の反応装置は、ミストＭを振動して互いに衝突する確率を高くするミストＭ振動器３９を回収部５に設けている。ミストＭ振動器３９は、回収部５の気体を振動させる電気振動−機械振動変換器と、この電気振動−機械振動変換器を駆動する振動電源とを備える。電気振動−機械振動変換器は、可聴周波数の音を放射するスピーカーや、可聴周波数よりも高い超音波を放射する超音波振動子等である。電気振動−機械振動変換器が、ミストＭを効率よく振動させるために、電気振動−機械振動変換器から放射される振動を回収部５で共振させる。このことを実現するために、電気振動−機械振動変換器は、回収部５で共振する周波数で振動させる。いいかえると、回収部５を電気振動−機械振動変換器から放射される振動に共振する形状に設計する。

超音波は人間の可聴周波数を越える高い周波数であるので、耳には聞こえない。このため、超音波を放射するミストＭ振動器３９は、回収部５の気体を激しく振動させて、いいかえると、電気振動−機械振動変換器の出力を極めて大きくして、人間に音の害を与えることがない。このため、超音波はミストＭを激しく振動して、効率よく衝突させて、速やかに回収できる特長がある。

以上の反応装置は、回収部５に、ミストＭを効率よく凝集させる装置を配設するので、ミストＭをより速やかに凝集させて高濃度の溶液Ｌとすることができる。さらに、図示しないが、本発明の反応装置は、回収部に、溶液を噴霧するノズルと、ミストを撹拌するファンと、ミストを振動させる振動器の全てを内蔵させて、最も効率よくミストを凝集できる。また、ミストを凝集させるふたつの装置を内蔵して、ミストを効率よく凝集させることもできる。

本発明は、反応ガスと溶液の含有成分とを化学反応させる種々の反応装置及び反応方法に利用できる。とくに、廃液等の溶液に含まれる有機物等を酸化、または還元して分解する反応装置及び反応方法に好適に利用できる。

１…超音波霧化機
２…超音波振動子
３…超音波電源
４…超音波霧化室
５…回収部
６…筒体６Ａ…分岐筒
７…循環ダクト
８…ダクト
９…吸入部
１０…ポンプ
１１…原液槽
１２…噴霧口
１３…流入口
１４…噴気口
１５…ダクト
１６…連結ダクト
１７…雄ネジ
１８…雌ネジ穴
１９…供給ダクト
２０…Ｏリング
２１…Ｏリング
２２…連結部
２３…連結穴
２４…脱着連結具
２５…装着室
２６…電源回路部品
２７…リード線
２８…パッキン
２９…連結凹部
３０…Ｏリング
３１…反応部
３２…供給部
３４…排気部
３５…循環ポンプ
３６…ノズル
３７…邪魔板
３８…ファン
３９…ミスト振動器
４１…ノズル
４２…加圧供給部
４４…反応室
４５…回収部
４８…コンプレッサー
４９…オゾン発生器
５０…ポンプ
５１…原液槽
Ｐ…液柱
Ｌ…溶液
Ｇ…反応ガス
Ｍ…ミスト

Claims

溶液(L)と反応ガス(G)とを接触させて、反応ガス(G)でもって溶液(L)の含有成分を化学変化させる反応装置において、
溶液(L)を超音波振動させてミスト(M)に霧化する超音波振動子(2)と、超音波振動子(2)に接続されて超音波振動子(2)に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源(3)と、超音波振動子(2)で霧化されたミスト(M)に反応ガス(G)を接触させる反応部(31)とを備え、
溶液(L)を超音波振動子でミスト(M)に霧化し、霧化されるミスト(M)を反応ガス(G)に接触させて、反応ガス(G)でもって溶液(L)の含有成分を化学変化させるようにしてなり、
さらに、前記超音波振動子(2)の上方に、上端に噴霧口(12)を開口している筒体(6)を配設しており、超音波振動子(2)が筒体(6)の噴霧口(12)に向かって溶液(L)に超音波振動を与えて溶液(L)を噴霧口(12)からミスト(M)に霧化して放出するようにしており、
さらに、筒体(6)は、噴霧口(12)から噴霧されるミスト(M)に反応ガス(G)を供給する噴気口(14)を筒体上端の周囲にスリット状に開口して、この噴気口(14)を反応ガス(G)の供給源(32)に連結しており、供給源(32)から供給される反応ガス(G)を噴気口(14)からミスト(M)に供給して、噴霧口(12)から噴霧されるミスト(M)を反応ガス(G)中に供給し、霧化されたミスト(M)を反応ガス(G)に接触させるようにしてなることを特徴とする溶液の反応装置。
筒体(6)が円筒形である請求項１に記載される溶液の反応装置。
筒体(6)が、噴霧口(12)に向かって細くなる円錐ホーンである請求項１に記載される溶液の反応装置。
筒体(6)が、エクスポーネンシャルホーンである請求項１に記載される溶液の反応装置。
噴霧口(12)の周囲に噴気口(14)を開口している請求項１に記載される溶液の反応装置。
溶液(L)がオゾンに接触して酸化分解される有機物を含有し、反応ガス(G)がオゾンを含む空気である請求項１に記載される溶液の反応装置。