JP2023025310A - 処理液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安定的に加熱処理できる処理液生成装置を提供する。【解決手段】【請求項１】処理液生成装置１は、液体を加熱する周波数のマイクロ波を放射するマイクロ波放射部１０と、マイクロ波放射部１０側に対して凹んだ形状の面を有し、液体を加熱処理して処理液を生成する加熱処理部２０と、を備え、加熱処理部２０が、凹んだ形状の面の上に沿って接するように配置された、液体を流す管ｐ２を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波で液体を加熱処理した処理液を生成する処理液生成装置に関する。

液体を連続的に殺菌する際に、配管を流れる液体をマイクロ波等で加熱して殺菌が行われている。例えば、特許文献１には、汚廃水が流入する流入管が形成された流入フレームと、 浄化された処理水が排出される流出管が形成された流出フレームと、流入フレームと流出フレームの間に設置され、汚廃水が流れる流路が動心円を成すように巻いる少なくとも一つの螺旋チューブと、殺菌用マイクロ波を生成し、螺旋チューブに向けてマイクロ波を放出する少なくとも一つのマイクロ波の放出手段と、螺旋チューブを収容し、マイクロ波の放出手段から放出されたマイクロ波を反射する反射ケースと、を有する水質殺菌浄化装置が開示されている。

大韓民国特許公開番号第１０－２００６－００６８４７７号公報

しかしながら、上記従来技術では、配管がコイル状に形成された円筒の側面からマイクロ波が照射されているため、マイクロ波の照射の強さが、放出手段に極端に近いところと、遠いところとでは異なり、照射の強弱が生じやすく、均一的に徐々にマイクロ波を照射していくことが難しかった。

そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、より安定的に加熱処理できる処理液生成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体を加熱する周波数のマイクロ波を放射するマイクロ波放射器を有するマイクロ波放射部と、前記マイクロ波放射部側に対して凹んだ形状の面を有し、前記液体を加熱処理して処理液を生成する加熱処理部と、を備え、前記加熱処理部が、前記凹んだ形状の面の上に沿って接するように配置された、前記液体を流す管を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の処理液生成装置において、前記管が、螺旋形状に配置されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の処理液生成装置において、前記凹んだ形状の面が、前記マイクロ波を反射することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１からは請求項３のいずれか１項に記載の処理液生成装置において、前記マイクロ波放射部が、前記放射された前記マイクロ波を前記加熱処理部側に誘導する第１ハウジングを、更に備えたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の処理液生成装置において、前記凹んだ形状の面の内壁に沿って前記管に設置される第２ハウジングを更に備え、前記第１ハウジングは、上端部に前記マイクロ波放射器が設置され、下端部に及ぶほど内径が広がるように内部空間が形成されて下端部が開放され、前記第２ハウジングは、下端部に及ぶほど内径が小さくなるように内部空間が形成されて下端部が閉鎖され、前記第１ハウジングの下端部と前記第２ハウジングの上端部とが結合され、前記加熱処理部が、前記第２ハウジングの内壁に沿って上側から下側へ及ぶほど径が小さくなるように、前記管が螺旋形状に設置されて形成された液体流路を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マイクロ波放射部側に対して凹んだ形状の面の上に沿って接するように配置された管を液体が流れることにより、ほぼ均一的に、徐々にマイクロ波放射部からマイクロ波が照射され、菅の液体が徐々に加熱され、安定的に加熱処理できる。

本発明の実施形態に係る処理液生成装置の概要構成例を示す側面構成図である。 図１の液体殺菌部の概略的な平面構成図である。 放射されたマイクロ波と流路との関係を示す模式図である。 液体流路ハウジングおよび流路の変形例を示す模式図である。 液体流路ハウジングおよび流路の変形例を示す模式図である。 液体流路ハウジングおよび流路の変形例を示す模式図である。 マイクロ波誘導ハウジングおよび液体流路ハウジングの変形例を示す模式図である。 液体流路の変形例を示す模式図である。 液体流路の変形例を示す模式図である。 液体流路の変形例を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、処理液生成装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。

まず、本発明の一実施形態に係る処理液生成装置の構成および概要機能について、図１から図３を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る処理液生成装置の概要構成例を示す側面構成図である。図２は、液体殺菌部の概略的な平面構成図である。図３は、放射されたマイクロ波と流路との関係を示す模式図である。

図１に示すように、処理液生成装置１は、マイクロ波を放射するマイクロ波放射部１０と、マイクロ波により加熱処理される液体が流れる流路を有する加熱処理部２０と、加熱処理の前の液体に対して所定の処理を行う前処理部３０と、を備える。ここで、液体の一例としては、河川の水、農業用水、雨水、水道水、海水、工業用水、清涼飲料水等があげられる。

また、処理液生成装置１は、機台５の上に載せられて固定されている。マイクロ波放射部１０および加熱処理部２０は、機台５から上側に所定距離離隔されて位置するように複数の支持台６に支持されている。前処理部３０は、機台５から上側に所定距離離隔されて位置するように複数の支持台７に指示されている。

なお、処理液生成装置１は、処理液生成装置１を収容できる直六面体型で、金属板、木板または合成樹脂材板等のハウジング（図示せず）を有してもよい。また、機台５の下端部に設置され、処理液生成装置１の移動を自由に行うための移動手段（図示せず）があってもよい。

マイクロ波放射部１０は、放射されたマイクロ波を加熱処理部２０側に誘導するマイクロ波誘導ハウジング１１と、マイクロ波放射するマイクロ波放射器１２と、を有する。

マイクロ波誘導ハウジング１１は、マイクロ波放射器１２を上端部に有する。マイクロ波誘導ハウジング１１は、マイクロ波放射器１２から下方にマイクロ波を照射させることができるように、上端の開口部が形成される。

また、マイクロ波誘導ハウジング１１は、下端部に及ぶほど内径が広がるように内部空間が形成され、下端部が開放されている。マイクロ波誘導ハウジング１１は、上端部の各辺と所定の鈍角を持って下方に繋がって形成されることが好ましい。例えば、マイクロ波誘導ハウジング１１は、菱形の４つの側壁になり、上側から下側に及ぶほど間隔が広がる内部空間を形成するよう構成できる。

マイクロ波誘導ハウジング１１は、マイクロ波放射器１２から照射されたマイクロ波を下方に誘導する。マイクロ波誘導ハウジング１１の材質は、マイクロ波を反射する金属等の物質が好ましい。

マイクロ波放射器１２は、マグネトロンと導波管とから構成される。マイクロ波放射器１２は、マイクロ波誘導ハウジング１１の上端部に固定されている。

マグネトロンはマイクロ波を発生させる電子管で円筒形の両極とその円筒形の同心軸を陰極に設定して、軸方向に均一な磁場を加えてマイクロ波を発生させる。マイクロ波放射器１２のマイクロ波の周波数は、約９００ＭＨｚ～８０ＧＨｚであるが、２４５０ＭＨｚが好ましい。マイクロ波放射器１２の出力は、例えば、３００Ｗから１０ｋＷである。

マイクロ波放射器１２は、マイクロ波を発生して、流路を流れる液体に照射する。マイクロ波の周波数と水の粒子の固有周波数が同一する時に共振による加熱により水が加熱され、殺菌作用を有する。また、マイクロ波の周波数と細菌の固有周波数が同一時に共振を起こすことで細菌が死滅することもある。

加熱処理部２０は、マイクロ波放射部１０側に対して凹んだ形状の面を有する液体流路ハウジング２１と、マイクロ波が照射されながら、液体が流れる液体流路２２と、を有する。

液体流路ハウジング２１は、下端部に及ぶほど内径が小さくなるように内部空間が形成され下端部が閉鎖されている。液体流路ハウジング２１の材質は、マイクロ波を反射する金属等の物質が好ましい。

液体流路ハウジング２１は、マイクロ波誘導ハウジング１１を裏返して置いた形状で構成される。なお、液体流路ハウジング２１の下端部は、閉鎖されている構成である。液体流路ハウジング２１は、マイクロ波誘導ハウジング１１の下端部に開放された上端部が結合される。

液体流路２２は、液体が流れる管ｐ２を有する。図１および図２に示すように、管ｐ２は、液体流路ハウジング２１の内壁（凹んだ形状の面の一例）に沿って、接するように配置される。管ｐ２は、上側から下側へ及ぶほど直径が小さくなるように螺旋形に設置される。管ｐ２は、液体流路ハウジング２１の上の方から下側に及ぶほど間隔が狭まる４つの内壁を沿って上部から下端部の底面まで螺旋形に設置される。

管ｐ２は、例えば、マイクロ波が透過可能で、可撓性の合成樹脂材のチューブである。管ｐ２の内径は、例えば、２～３０ｍｍである。

マイクロ波誘導ハウジング１１は、液体流路ハウジング２１と密閉結合させるためのハウジング結合部１１ａを有する。液体流路ハウジング２１は、マイクロ波誘導ハウジング１１と密閉結合させるためのハウジング結合部２１ａを有する。

ハウジング結合部１１ａおよびハウジング結合部２１ａにより、マイクロ波誘導ハウジング１１の４つの側壁の下端部と、液体流路ハウジング２１の４つの側壁の上端部とが、ねじ結合させることができる。

結合したマイクロ波誘導ハウジング１１と液体流路ハウジング２１とからなる処理液生成装置１の本体が、所定長さの複数の支持台６により機台５に設置される。処理液生成装置１の本体が、支持台６によって機台５から所定距離離隔されるように設置されることが好ましい。

前処理部３０は、第１前処理器３１と、第２前処理器３２と、第３前処理器３３と、第４前処理器３４と、を有する。前処理部３０は、処理液生成装置１本体、に近接して設置された少なくとも２個以上の前処理器を含む構成である。

第１前処理器３１と、第２前処理器３２と、第３前処理器３３と、第４前処理器３４は、液体流路ハウジング２１の４つの側壁外部にそれぞれ近接して設置される。４つの第１前処理器３１、第２前処理器３２、第３前処理器３３および第４前処理器３４が、機台５に複数の支持台７によってそれぞれ固定されている。この場合、支持台７によって各前処理器３１、３２、３３、３４が機台５から所定距離離隔されるように設置されていることが好ましい。なお、４つの前処理器３１、３２、３３、３４の設置位置に対応する位置に４つ保護カバー（図示せず）が形成されている。

図１および図２に示すように、前処理部３０により第１処理された液体を加熱処理部２０の管ｐ２に供給するための管ｐ１が、各前処理器３１、３２、３３、３４の中を貫いている。管ｐ１は、合成樹脂材管で構成されることが好ましい。管ｐ１は、菅ｐ２と同様に、可撓性の合成樹脂材のチューブでもよい。

図１および図２に示すように、管ｐ１は、液体流路ハウジング２１の４つの側壁外部において、液体流路ハウジング２１を取り囲むように配管されている。管ｐ１が４つの前処理器を順次に通過するように、液体流路ハウジング２１の各側壁に近接して設置される。

管ｐ１は、液体流路ハウジング２１の内部に設置された螺旋形の管ｐ２に接続される。

図２に示すように、液体は、流入管ｐ０から処理液生成装置１に入る。流入管ｐ０は、管ｐ１に接続する。液体は、管ｐ１の中を流れ、第１前処理器３１と、第２前処理器３２と、第３前処理器３３と、第４前処理器３４を順次通過する。

管ｐ１は、液体流路ハウジング２１の内部に入り、管ｐ２に接続する。液体は、管ｐ２の中を流れ、液体流路ハウジング２１の内部において、液体流路ハウジング２１の４つの内壁に沿って、外側から内側にらせん状に流れる。

管ｐ２は、液体流路ハウジング２１の底面で、流出管ｐ３に接続する。流出管ｐ３は、液体流路ハウジング２１の外へ抜き出る。液体は、処理液生成装置１の外へ流出管ｐ３から排出される。

液体流路２２は上から見たとき、上から下まですべての管ｐ２が見える構成である。すなわち、液体流路２２は、マイクロ波放射器１２からのマイクロ波が１次的に直接照射される。なお、流入管ｐ０、管ｐ１、管ｐ２と、流出管ｐ３は、説明の便宜上、区分して説明したが、一体に構成された一つの管でもよい。一体に構成されることにより、つなぎ目無しにすることができる。

次に、液体の処理作用について、図３を用いて説明する。

流入管ｐ０から処理液生成装置１に入った液体は、図３に示すように、管ｐ１に入り、前処理部３０により第１処理される。具体的には、管ｐ１の中の液体が、第１前処理器３１、第２前処理器３２、第３前処理器３３および第４前処理器３４を順次通過しながら、前処理のための作用を液体が受ける。

第４前処理器３４を通過した液体は、図２に示すように液体流路ハウジング２１の液体流路２２の管ｐ２に流入し、螺旋形の管ｐ２を沿って下側底面まで所定の時間（例えば、１０秒から３０秒）をかけて流れる。

マイクロ波放射器１２から放射されるマイクロ波ｍｗは、マイクロ波誘導ハウジング１１によって、液体流路２２の上側から底側までの管ｐ２の中の液体に同時に照射される。これにより、液体流路２２を流れる液体は、液体流路２２を流れる間、持続的にマイクロ波ｍｗに同時に露出される。液体流路２２の管２を液体が流れることにより、ほぼ均一的に、徐々にマイクロ波ｍｗが管２の中の液体に照射され、徐々に液体が加熱処理される。管２を流れる液体がマイクロ波ｍｗに所定時間以上、暴露されることにより、液体流路２２の管２の所定の位置以降、殺菌に必要な温度以上で、殺菌に必要な時間以上となる流量により、十分に殺菌された液体が生成される。

処理液の一例である加熱処理された液体は、流出管ｐ３により、処理液生成装置１の外に排出される。

以上、本実施形態によれば、マイクロ波放射部１０側に対して凹んだ形状の面の上に沿って接するように配置された管ｐ２を液体が流れることにより、ほぼ均一的に、徐々にマイクロ波放射部からマイクロ波ｍｗが照射され、菅２の液体が徐々に加熱され、安定的に加熱処理できる。

そのため、菅ｐ２の液体の温度が、徐々に上昇し、殺菌に必要な温度以上で、殺菌に必要な時間以上、加熱処理することにより、処理液生成装置１は、十分殺菌された液体を生成できる。液体流路２２を流れる液体が同時的、持続的、反復的にマイクロ波ｍｗに暴露されることで、十分に殺菌された液体を得ることができる。

また、逆三角形形状のような凹んだ形状の面を覆うように管ｐ２が展開しているため、広い面積に一度に、効率よく照射できる。凹んだ形状によって、管を配置できる面積が広がり、より長く管を配置できる。

また、管ｐ２が、螺旋形状に配置された場合、管ｐ２を配置しやすく、効率的に液体流路２２を製作することができる。

また、凹んだ形状の面が、マイクロ波ｍｗを反射する場合、加熱処理部２０の管ｐ２の液体に吸収されなかったマイクロ波ｍｗを反射して管ｐ２を流れる液体を更に照射するので、管ｐ２を流れる液体にマイクロ波ｍｗをより効率よく照射できる。

また、マイクロ波放射部１０が、放射されたマイクロ波ｍｗを加熱処理部２０側に誘導するマイクロ波誘導ハウジング１１を有する場合、加熱処理部２０の管ｐ２を流れる液体に、マイクロ波ｍｗをより効率よく照射できる。

凹んだ形状の面の内壁に沿って管ｐ２に設置される液体流路ハウジング２１を更に備え、マイクロ波誘導ハウジング１１は、上端部にマイクロ波放射器１２が設置され、下端部に及ぶほど内径が広がるように内部空間が形成されて下端部が開放され、液体流路ハウジング２１は、下端部に及ぶほど内径が小さくなるように内部空間が形成されて下端部が閉鎖され、マイクロ波誘導ハウジング１１の下端部と液体流路ハウジング２１の上端部とが結合され、加熱処理部２０が、液体流路ハウジング２１の内壁に沿って上側から下側へ及ぶほど径が小さくなるように、管ｐ２が螺旋形状に設置されて形成された液体流路２２を含む場合、結合されたマイクロ波誘導ハウジング１１と液体流路ハウジング２１により形成される、閉鎖された内部空間によって、より効率よく管ｐ２を流れる液体に、マイクロ波ｍｗをより効率よく照射できる。

また、液体流路ハウジング２１の内壁に沿って上側から下側へ及ぶほど径が小さくなるように、管ｐ２が螺旋形状に設置されていることにより、できるだけ長い管ｐ２を、マイクロ波の照射面に設置でき、マイクロ波ｍｗをより効率よく照射できる。

また、図１および図２に示すように、マイクロ波誘導ハウジング１１および液体流路ハウジング２１の縦断面が台形形状の場合、製作が容易になる。

また、マイクロ波誘導ハウジング１１と液体流路ハウジング２１との形状が、対称形である場合、マイクロ波誘導ハウジング１１の内壁で反射するマイクロ波も、液体流路ハウジング２１の内壁の上の管ｐ２に効率よく照射される。

（変形例）
次に、液体流路ハウジングおよび流路の変形例について、図４Ａから図４Ｃを用いて説明する。図４Ａから図４Ｃは、液体流路ハウジングおよび流路の変形例を示す模式図である。

図４Ａに示すように、凹んだ形状の面の一例として、液体流路ハウジング２１Ａの形状は、底面がない四角錐、三角錐、円錐等の錐形でもよい。また、液体流路２２Ａは、錐形の側面のみに形成されてもよい。管ｐ２は、錐形の内壁の上に沿って接するように配置される。

図４Ｂに示すように、凹んだ形状の面の一例として、液体流路ハウジング２１Ｂの形状は、球面形状でもよい。また、液体流路２２Ｂは、管ｐ２が球面の内壁に沿って形成されてもよい。管ｐ２は、球面の内壁の上に沿って接するように配置される。

図４Ｃに示すように、凹んだ形状の面の一例として、液体流路ハウジング２１Ｃの面形状は、放物面、楕円面の形状でもよい。また、液体流路２２Ｃは、管ｐ２が球面の内壁に沿って形成されてもよい。管ｐ２は、放物面、楕円面の形状の内壁の上に沿って接するように配置される。

次に、マイクロ波誘導ハウジングおよび液体流路ハウジングの変形例について、図５を用いて説明する。図５は、マイクロ波誘導ハウジングおよび液体流路ハウジングの変形例を示す模式図である。

マイクロ波誘導ハウジング１１と液体流路ハウジング２１との形状は、ほぼ対称形でもよいが、図５に示すように、マイクロ波誘導ハウジング１１Ａと液体流路ハウジング２１Ｂとの形状は非対称でもよい。マイクロ波誘導ハウジング１１の形状が、球面形状や放物面、楕円面の形状でもよい。

次に、液体流路の変形例を図６Ａから図６Ｃを用いて説明する。図６Ａから図６Ｃは、液体流路の変形例を示す模式図である。

図６Ａに示すように、液体流路２２Ｄが、管ｐ２により液体流路２２の螺旋形状とは逆向きの螺旋を形成してもよい。また、液体流路２２とは異なり、内側から外側にらせん状に流れるように、管ｐ２により液体流路を形成してもよい。

液体流路２２Ｅは、液体流路ハウジング２１の内面を管ｐ２が埋めるような流路であればよい。例えば、図６Ｂに示すように、液体流路ハウジング２１を形成する４つ側壁のうち１側壁をつづら折りに管ｐ２が覆ってもよい。

図６Ｃに示すように、液体流路２２Ｆは、半球形の液体流路ハウジング２１Ｂの内面を管ｐ２が円形の螺旋形状でもよい。

さらに、本発明は、上記各実施形態に限定されるものでは無い。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１：処理液生成装置
１０： マイクロ波放射部
２０：加熱処理部
ｐ２：管

Claims (5)

1. 液体を加熱する周波数のマイクロ波を放射するマイクロ波放射器を有するマイクロ波放射部と、
   前記マイクロ波放射部側に対して凹んだ形状の面を有し、前記液体を加熱処理して処理液を生成する加熱処理部と、
   を備え、
   前記加熱処理部が、前記凹んだ形状の面の上に沿って接するように配置された、前記液体を流す管を有することを特徴とする処理液生成装置。
2. 請求項１に記載の処理液生成装置において、
   前記管が、螺旋形状に配置されたことを特徴とする処理液生成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の処理液生成装置において、
   前記凹んだ形状の面が、前記マイクロ波を反射することを特徴とする処理液生成装置。
4. 請求項１からは請求項３のいずれか１項に記載の処理液生成装置において、
   前記マイクロ波放射部が、前記放射された前記マイクロ波を前記加熱処理部側に誘導する第１ハウジングを、更に備えたことを特徴とする処理液生成装置。
5. 請求項３に記載の処理液生成装置において、
   前記凹んだ形状の面の内壁に沿って前記管に設置される第２ハウジングを更に備え、
   前記第１ハウジングは、上端部に前記マイクロ波放射器が設置され、下端部に及ぶほど内径が広がるように内部空間が形成されて下端部が開放され、
   前記第２ハウジングは、下端部に及ぶほど内径が小さくなるように内部空間が形成されて下端部が閉鎖され、
   前記第１ハウジングの下端部と前記第２ハウジングの上端部とが結合され、
   前記加熱処理部が、前記第２ハウジングの内壁に沿って上側から下側へ及ぶほど径が小さくなるように、前記管が螺旋形状に設置されて形成された液体流路を含むことを特徴とする処理液生成装置。

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