JP3831892B2 - Cavitation jet reactor - Google Patents

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JP3831892B2 JP2000125532A JP2000125532A JP3831892B2 JP 3831892 B2 JP3831892 B2 JP 3831892B2 JP 2000125532 A JP2000125532 A JP 2000125532A JP 2000125532 A JP2000125532 A JP 2000125532A JP 3831892 B2 JP3831892 B2 JP 3831892B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中で激しいキャビテーションを伴う高速ウォータージェットによって、水中の有害物質の分解や病原性菌の殺菌処理を行わせる反応装置(リアクタ)に関する。
【0002】
【従来の技術】
水中に溶解している有害な有機化合物、例えば代表的な発ガン性地下水汚染物質であるトリクロロエチレンやテトラクロロエチレンは、キャビテーションの作用で、無害な物質へと分解することができる。また、キャビテーションを利用すると、病原性大腸菌や耐塩素性の病原性徴生物であるクリプトスポリジウム(原虫の一種)も、細胞が破壊され、水を無害化することができる。
【0003】
キャビテーションを発生させる手段の一つに超音波があるが、エネルギー効率が高くない、というきらいがある。この他に、攪拌羽根のようなロー夕を水中で高速旋回させる方法もあるが、最も容易に連続的にしかも著しく激しいキャビテーションを発生させることができるのは、水中にウォータージェットを高速で噴出する方法である。
【0004】
高圧水をノズルから水中に噴き込むと、水中ウォータージェットには激しいキャビテーションが発生する。キャビテーションの強さや処理量は、ノズルの噴出孔径や高圧ポンプ(プランジャポンプや遠心ポンプを用いる)における吐出圧力によって容易に調整することができる。
【0005】
この技術において重要なポイントは、ウォータージェットにおいていかに激しいキャビテーションを作り出すかである。そのキー・デバイスは言うまでもなくノズルである。−方、ノズルにおけるキャビテーションの生成が良好であっても、リアクタ(反応容器)の寸法などの構造や、リアクタ内における流動条件に問題がある場合は、キャビテーションを効率良く利用できない。
【0006】
したがって、キャビテーションを利用するウオー夕ージェット・リアクタにおいては、ノズルのみがキー・デバイスではなく、キャビテーションによる反応を行わせるリアクタも軽視することのできない重要な要素であるといえる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術においては、有効なキャビテーション反応領域に比べて、反応容器の内径や長さが、はるかに大きな円筒型リアクタが用いられている。この構造のリアクタには、次のような問題がある。
【0008】
▲1▼キャビテーション反応領域が十分に大きくない。
▲2▼円筒型リアクタの内部の周囲水と混合し、キャビテーションを伴う水中水噴流が希釈されてしまい、結果的にキャビテーション反応効率を高められない。
【0009】
従来のノズルは、噴出孔における強烈な縮流の作用によって、噴出孔の出口においてキャビテーションを発達させようとするものである。このようなノズルを用いた際に生じるキャビテーションは、ノズル近傍においてはパワフルであるものの、キャビテーション領域は大きくない、という問題がある。要するに、先行技術においては、キャビテーション領域を拡大し、有効に活用しようという工夫に欠けるきらいがあった。
【0010】
本発明の目的は、上記した問題点を解決し、キャビテーションの有効な反応領域が十分に大きく、反応効率が高い新規なキャビテーション・ジェット・リアクタを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、次のような手段を採用した。まず、ノズルから、処理対象の供試汚染水を高速ウォータージェットとして噴き込むキャビテーション・ジェット・リアクタを細長い形状とし、さらにリアクタ内を加圧状態にする。
【0012】
そして、ノズルの噴出孔径をDjとする場合、上記リアクタの内径Drを、
Dr=(16〜42)×Dj ………………………………………(1)
の範囲から選定する。
【0013】
また、上記リアクタの長さLrを、
Lr=(300〜1600)×Dj ………………………………(2)
の範囲から選定する。
【0014】
また、本発明におけるノズルのウォータージェットの噴射圧力Pjは、
Pj=110〜1500kgf/cm ……………………………(3)
の範囲である。
【0015】
また、上記リアクタ内の圧力Prは、
Pr=0.6×5.0kgf/cm …………………………………(4)
の範囲におさまるように調整する。この場合、リアクタの内圧Prは、リアクタ出口における圧力調整弁において設定できる。
【0016】
本発明によれば、以下のような作用を奏する。
まず、リアクタを細長くすることで、水中の高速ウォータージェットに発生するキャビテーションが、ウォータージェットの軸方向に対して伸張する。このようにしてキャビテーションの有効反応領域が拡大し、キャビテーション反応効率が向上する。
【0017】
次に、リアクタ内を加圧状態になるように運用すると、余分な気泡が消滅する。これによって、キャビテーション領域は小さくなるものの、キャビテーションのクッション(緩衝)作用が無くなるので、キャビテーションはいわば“少数精鋭”状態となり、キャビテーションによる反応効率が向上する。
【0018】
以上のように、キャビテーションの有効反応領域が拡大し、反応効率が向上することにより、キャビテーションの威力が増強し、水質浄化能力が高まる。さらに、リアクタ自体の構造も、コンパクトにできるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、本発明の構成を説明する。
図1は、本発明を具体化したキャビテーション・ジェット・リアクタの構造を、略断面図として描いたものである。コンパクトリアクタ14は円筒型であって、その上流端に設けたノズル1から、処理対象水を加圧した高圧水2がキャビテーションを伴う水中水噴流15として噴き込まれる。
【0020】
ノズル1は、ノズルマウント13を介して、コンパクトリアクタ14の上流端に設置されている。このコンパクトリアクタ14は、図11に示す参考例の円筒型リアクタ10に比べると、長さおよび直径ともはるかに小さい。
【0021】
本実施形態では、リアクタの内径Drは、ノズルの噴出孔径をDjとすると、次式(1)の範囲から選定するようにした。
Dr=(16〜42)×Dj …………………………………………(1)
【0022】
一方、リアクタの有効長さLrは、噴出孔径Djに対して、次式(2)の範囲から選定する。
Lr=(300〜1600)×Dj …………………………………(2)
【0023】
また、ノズル1における噴射圧力Pjは、本発明では、次式(3)の範囲から選定する。
Pj=110〜1500kgf/cm ……………………………(3)
【0024】
本発明においては、コンパクトリアクタ14内は加圧状態にあって、加圧周囲水8aの圧力、すなわちリアクタ内圧Prを、次式(4)の範囲から選定するようにした。
Pr=0.6〜5.0kgf/cm …………………………………(4)
【0025】
このリアクタ内圧Prは、排出ライン16に設けた圧力調整弁17で調整すると同時に、圧力計18で監視する。コンパクトリアクタ14を、このようにして加圧状態にすると、加圧下のキャビテーションを伴う水中水噴流15は、その径は小さく長さも短くなって、キャビテーション領域のボリュウムも小さくなる。
【0026】
結果的には、この現象によって、リアクタをコンパクトにできたわけである。また、キャビテーションが、コンパクトリアクタ14の後面に衝突するというようなことも防止される。
【0027】
本発明の実施形態によると、キャビテーション領域は小さくなるものの、余分な気泡が消滅しているので、キャビテーションの威力を減衰させる作用も減るため、ボリュウムは小さいとはいえ、キャビテーションはパワフルである。
【0028】
図2の例は、細長くした細長円筒リアクタ11内を加圧はしているが、しかし、図1の例に比較して、あまり内圧が加わらないようにした例である。この例では、噴出孔径Dj=0.6〜1.6mmのノズルにおいて、リアクタ内径Dr、リアクタ長さLr、噴射圧力Pj、リアクタ内圧Prは、それぞれ以下の式(1a)〜(4a)による数値を採用した。
【0029】
Dr=16×Dj ……………………………………………………(1a)
Lr=1600×Dj ………………………………………………(2a)
Pj=350kgf/cm ………………………………………(3a)
Pr≒0.7kgf/cm ………………………………………(4a)
【0030】
図2から容易に分かるように、このような細管状のリアクタでは、キャビテーションの領域が噴流12の軸方向に対して伸張し、キャビテーションの領域が大幅に増大する。ただし、この状態では余分な気泡も多いために、必ずしもキャビテーション強度が大きいとはいえない。
【0031】
要するに、図1に示した例は、図2の状態からリアクタの内圧をより高め、キャビテーションの領域は縮小するものの、余分な気泡を消滅させてキャビテーションをよりパワフルにして、さらに、リアクタをコンパクトにしたものである。
【0032】
図3は、本発明になるキャビテーション・ジェット・リアクタの全体構成を示す図である。タンク22内に入れた供試汚染水21は、プランジャポンプ20へ送給され、所定の圧力まで加圧されて高圧水2となり、高圧ホース19を通じてノズル1に送給される。
【0033】
この高圧水2が、ノズル1からコンパクトリアクタ14内に噴き込まれると、コンパクトリアクタ14内も水が充満しているので、加圧下のキャビテーションを伴う水中水噴流15となる。ここで、キャビテーションの作用によって、有害物質が分解されたり、あるいは殺菌が行われたりする。
【0034】
処理の終了した水は、コンパクトリアクタ14の出口に設けた排出ライン16を通じて、処理済み水25として系外へ排出される。一方、所定の分解レベルに達しなかった場合には、切替弁24の操作によって、水はタンク22へ戻り、再びコンパクトリアクタ14ヘと送られる。
【0035】
図4は、水中水噴流に発達したキャビテーションを起こさせるために用いるノズル構造の一例を断面図として示すものである。本例のノズル1aは、処理対象の高圧水2は、高圧水供給流路3を通じて導かれ、しぼり部9(径収縮部)で急減圧、加速されて、噴出孔4から噴き出し、キャビテーションを伴う水中水噴流7aとなる。
【0036】
噴出孔4の出口には、釣り鐘状の拡大空洞部5が設けられている。噴出孔4から出た直後の噴流7aのまわりには、循環渦6が生じる。循環渦6の作用は、周囲水8a中の気泡核を噴流7a中へ流入させ、さらに噴流7aに圧力変動を加えることであって、いずれもキャビテーションを促進する。
【0037】
本実施形態では、キャビテーションを伴う水中水噴流7aにおけるキャビテーション領域を、軸方向に伸張させるために、しぼり(両振り)角度θを、10度〜120度の範囲から選定する。図4に示した例では、θ=90度である。
【0038】
次に、本発明例の機能を説明する。
図5は、リアクタ内径Drと、キャビテーション領域のジェット軸方向の長さLcavとの関係を示すものである。縦軸におけるキャビテーション領域の長さLcavは、Dr→∞(無限に広い自由空間)におけるキャビテーション領域(ジェット軸方向)の長さLcavで割ることにより無次元化した。
【0039】
リアクタ内径が小さくなるほど、キャビテーション領域が軸方向に伸張されて、Lcavが増大する。本発明例では、キャビテーション領域が急増するDrの領域を、リアクタの寸法範囲として利用する。リアクタを細くして(Drが小さくなること)いくと、キャビテーションがリアクタの内壁に衝突するが、この条件でも、キャビテーション領域はかなり長くなる。
【0040】
しかし、リアクタの内壁面が壊食(エロージョン)を起こすし、さらに壊食して脱落した微少な鉄粒子が、図3の系統を循環すると、ノズルの壊食(エロージョン)が著しく早くなるという問題がある。したがって、リアクタは、過度に細くするわけにはいかない。
【0041】
図6は、図2に示すように細管型のリアクタにすることで、キャビテーション領域のボリュウムがどのように変化するかを、参考例(図11)との比較で示したものである。縦軸におけるキャビテーション領域のボリュウムVは、参考例(図11)におけるキャビテーション領域のボリュウムVで割ることにより無次元化した。この結果から、リアクタを細管型にすることで、キャビテーション領域のボリュウムが40%以上も増大することが判明した。
【0042】
一方、図7は、図1に示すように、リアクタをさらに加圧状態にすることによるキャビテーション領域の変化を示すものである。縦軸におけるキャビテーション領域のボリュウムVは、参考例(図11)におけるキャビテーション領域のボリュウムVで割ることで、相対値として表している。
【0043】
リアクタ内を加圧状態にすれば、キャビテーション領域のボリュウムが無対策時の2/5程度まで小さくなることが分かる。これは、リアクタの内圧が上昇すれば、キャビテーション噴流中の余分な(キャビテーション威力を減衰させる)気泡が消滅するためである。
【0044】
図8は、本発明の最終的な目標になる「リアクタの細管化+リアクタの内圧増加」の組み合わせ時におけるキャビテーション領域のボリュウムVを、参考例(図11)と比較したものである。縦軸におけるキャビテーション領域のボリュウムVは、参考例(図11)におけるキャビテーション領域のボリュウムVで割ることで無次元化した。参考例においては、V/V=1となる。本発明の実施形態では、キャビテーションのボリュウムは、約20%小さくなる。
【0045】
以上により、本実施形態によれば、キャビテーション領域を小さくした上で、キャビテーション噴流中の、キャビテーション威力を減衰させる気泡が消滅するため、キャビテーション全体をパワフルにできることがわかる。
【0046】
図9は、本発明の効果を示す試験結果である。図1に示す実施形態の処理水量Qを、参考例(図11)における処理水量Qと比較した。本発明になる手段によれば、リアクタがコンパクトになるのにもかかわらず、40%以上、処理能力を拡大できることが明らかになった。
【0047】
次いで、本発明のキャビテーション・ジェット・リアクタに適用するノズルの他の実施形態を、図10を用いて説明する。本例のノズル1bは、細長いリアクタに適用できるように、軸方向に伸張するための工夫が施されている。
【0048】
このノズル1bの基本的構造は、参考例である図12のノズル1cとは対極的な構造であって、高圧水供給流路3と噴出孔4の間に、ゆるやかな径収縮部(しぼり部)9を設けている。
【0049】
このようにすると、噴出孔4から出た直後のキャビテーションは激しくはないものの、キャビテーションを伴う水中水噴流の下流へ行くに従って、キャビテーションが発達し、キャビテーションが噴流の軸方向に長く伸張する状態となる。
【0050】
したがって、このノズルは、本発明の新しいリアクタ用に適している。また、このノズルは、図12に示す参考例のノズルに比較して、圧力損失が小さいという特徴も有する。
【0051】
ここで、図11、図12を用いて、本発明の参考例を説明する。
図11に示すように、本参考例のリアクタは、有効なキャビテーション反応領域であるキャビテーションを伴う水中水噴流7bに比べて、リアクタの内径Drと長さLrが、はるかに大きな円筒型リアクタ10が用いられている。
【0052】
このような構造のリアクタでは、キャビテーション反応領域が小さく、また、キャビテーションを伴う水中水噴流7bが、円筒型リアクタ10の内部の周囲水8bと混合して希釈されてしまう結果、キャビテーション反応効率を高められない。
【0053】
また、図12に示す構造のノズル1cは、噴出孔4における強烈な縮流の作用によって、噴出孔の出口においてキャビテーションを発達させようとするものではあるが、しかし、このノズル1cを用いた際に生じるキャビテーションは、ノズル近傍においてはパワフルであるものの、キャビテーション領域は必ずしも大きくない。
【0054】
【発明の効果】
本発明によって生じる効果をまとめると、以下のようになる。
(A)ウォータージェットを噴き込むリアクタの流動領域を有効に使用し、また余分な気泡を除いてクッション作用を除去できるため、キャビテーション効率を高めて、キャビテーション・ジェット・リアクタの水質浄化能力を大幅に向上させることができる。
【0055】
(B)上記(A)の効果において、外部からのエネルギーをいっさい供給しないため、エネルギーコストを低減できる。
(C)リアクタは細長くなるものの、全体的にコンパクトにできる。
(D)上記(A)、(B)に関連し、浄化処理水量の増大と、水質浄化工程の短縮、および処理対象物質の拡大という効果が生まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施形態を示す構成図である。
【図3】本発明を用いてなる全体系統を示す図である。
【図4】本発明で使用するノズルの断面図である。
【図5】本発明の根拠となる実験結果を示す図である。
【図6】本発明の根拠となる実験結果を示す図である。
【図7】本発明の根拠となる実験結果を示す図である。
【図8】本発明の実施による効果を具体的に実証する試験結果を示す図である。
【図9】本発明の実施による効果を具体的に実証する試験結果を示す図である。
【図10】本発明で使用するノズルの他の実施形態を示す断面図である。
【図11】本発明の参考例を示す構成図である。
【図12】本発明の参考例におけるノズルの断面図である。
【符号の説明】
1、1a、1b、1c ノズル
2 高圧水
3 高圧水供給流路
4 噴出孔
5 拡大空洞部
6 循環渦
7a、7b キャビテーションを伴う水中水噴流
8a 加圧周囲水
8b 周囲水
9 径収縮部(しぼり部)
10 円筒形リアクタ
13 ノズルマウント
14 コンパクトリアクタ
15 加圧下のキャビテーションを伴う水中水噴流
16 排出ライン
17 圧力調整弁
18 圧力計
19 高圧ホース
20 プランジャポンプ
21 供試汚染水
23 循環ライン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor (reactor) that performs decomposition of harmful substances in water and sterilization of pathogenic bacteria by a high-speed water jet accompanied by intense cavitation in water.
[0002]
[Prior art]
Harmful organic compounds dissolved in water, such as trichloroethylene and tetrachloroethylene, which are typical carcinogenic groundwater contaminants, can be decomposed into harmless substances by the action of cavitation. In addition, when cavitation is used, cells are destroyed and pathogenic E. coli and Cryptosporidium (a kind of protozoa) that is a chlorine-resistant pathogenic symptom can be destroyed and water can be rendered harmless.
[0003]
Ultrasound is one of the means for generating cavitation, but it is not energy efficient. In addition to this, there is also a method of turning a low speed like a stirring blade at high speed in water, but the most easy and continuous method to generate extremely severe cavitation is to jet a water jet at high speed in water. Is the method.
[0004]
When high-pressure water is injected into the water from the nozzle, intense cavitation occurs in the underwater water jet. The strength and throughput of cavitation can be easily adjusted by the nozzle ejection hole diameter and the discharge pressure in a high-pressure pump (using a plunger pump or a centrifugal pump).
[0005]
An important point in this technique is how intense cavitation is created in the water jet. The key device is of course the nozzle. -On the other hand, even if the generation of cavitation in the nozzle is good, cavitation cannot be used efficiently if there is a problem in the structure such as the dimensions of the reactor (reaction vessel) or the flow conditions in the reactor.
[0006]
Therefore, in a water jet reactor using cavitation, it can be said that not only the nozzle is a key device but also a reactor that performs a reaction by cavitation is an important element that cannot be neglected.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art, a cylindrical reactor is used in which the inner diameter and length of the reaction vessel are much larger than the effective cavitation reaction region. The reactor having this structure has the following problems.
[0008]
(1) The cavitation reaction region is not sufficiently large.
(2) Mixing with the ambient water inside the cylindrical reactor, the submerged water jet accompanied by cavitation is diluted, and as a result, the cavitation reaction efficiency cannot be increased.
[0009]
The conventional nozzle attempts to develop cavitation at the outlet of the ejection hole by the action of intense contraction flow at the ejection hole. Cavitation generated when such a nozzle is used is powerful in the vicinity of the nozzle, but there is a problem that the cavitation region is not large. In short, in the prior art, there has been a lack of ingenuity to expand the cavitation area and effectively utilize it.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a novel cavitation jet reactor having a sufficiently large reaction area effective for cavitation and high reaction efficiency.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the following means are employed in the present invention. First, the cavitation jet reactor that injects the test contaminated water to be treated from the nozzle as a high-speed water jet is formed into an elongated shape, and the inside of the reactor is pressurized.
[0012]
When the nozzle ejection hole diameter is Dj, the inner diameter Dr of the reactor is
Dr = (16-42) × Dj …………………………………… (1)
Select from the range.
[0013]
In addition, the length Lr of the reactor is
Lr = (300-1600) × Dj ……………………………… (2)
Select from the range.
[0014]
Further, the injection pressure Pj of the nozzle water jet in the present invention is:
Pj = 110 to 1500 kgf / cm 2 (3)
Range.
[0015]
The pressure Pr in the reactor is
Pr = 0.6 × 5.0 kgf / cm 2 …………………………… (4)
Adjust so that it is within the range. In this case, the internal pressure Pr of the reactor can be set at the pressure regulating valve at the reactor outlet.
[0016]
The present invention has the following effects.
First, by elongating the reactor, cavitation generated in a high-speed water jet underwater extends in the axial direction of the water jet. In this way, the effective reaction area of cavitation is expanded and the cavitation reaction efficiency is improved.
[0017]
Next, when the reactor is operated so as to be in a pressurized state, excess bubbles disappear. As a result, the cavitation region is reduced, but the cushioning (buffering) action of cavitation is eliminated, so that the cavitation is in a so-called “few minority” state, and the reaction efficiency by cavitation is improved.
[0018]
As described above, the effective reaction area of cavitation is expanded and the reaction efficiency is improved, whereby the power of cavitation is enhanced and the water purification ability is increased. Furthermore, the structure of the reactor itself can be made compact.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a structure of a cavitation jet reactor embodying the present invention. The compact reactor 14 has a cylindrical shape, and high-pressure water 2 obtained by pressurizing water to be treated is injected as a submerged water jet 15 accompanied by cavitation from a nozzle 1 provided at an upstream end thereof.
[0020]
The nozzle 1 is installed at the upstream end of the compact reactor 14 via the nozzle mount 13. The compact reactor 14 is much smaller in both length and diameter than the cylindrical reactor 10 of the reference example shown in FIG.
[0021]
In this embodiment, the inner diameter Dr of the reactor is selected from the range of the following formula (1), where Dj is the nozzle ejection hole diameter.
Dr = (16-42) × Dj ………………………………………… (1)
[0022]
On the other hand, the effective length Lr of the reactor is selected from the range of the following equation (2) with respect to the ejection hole diameter Dj.
Lr = (300-1600) × Dj ……………………………… (2)
[0023]
Moreover, the injection pressure Pj in the nozzle 1 is selected from the range of following Formula (3) in this invention.
Pj = 110 to 1500 kgf / cm 2 …………………………… (3)
[0024]
In the present invention, the compact reactor 14 is in a pressurized state, and the pressure of the pressurized ambient water 8a, that is, the reactor internal pressure Pr is selected from the range of the following equation (4).
Pr = 0.6 to 5.0 kgf / cm 2 (4)
[0025]
The reactor internal pressure Pr is adjusted by a pressure adjusting valve 17 provided in the discharge line 16 and simultaneously monitored by a pressure gauge 18. When the compact reactor 14 is pressurized as described above, the underwater water jet 15 accompanied by cavitation under pressure has a small diameter and a short length, and the volume in the cavitation region is also small.
[0026]
As a result, this phenomenon made the reactor compact. Further, it is possible to prevent the cavitation from colliding with the rear surface of the compact reactor 14.
[0027]
According to the embodiment of the present invention, although the cavitation region becomes small, excess bubbles disappear, so that the effect of attenuating the power of cavitation is reduced, so that the volume is small, but the cavitation is powerful.
[0028]
The example of FIG. 2 is an example in which the inside of the elongated cylindrical reactor 11 is pressurized, but less internal pressure is applied compared to the example of FIG. In this example, in the nozzle having the ejection hole diameter Dj = 0.6 to 1.6 mm, the reactor inner diameter Dr, the reactor length Lr, the injection pressure Pj, and the reactor internal pressure Pr are numerical values according to the following equations (1a) to (4a), respectively. It was adopted.
[0029]
Dr = 16 × Dj …………………………………………………… (1a)
Lr = 1600 × Dj ………………………………………… (2a)
Pj = 350 kgf / cm 2 ……………………………………… (3a)
Pr≈0.7 kgf / cm 2 ……………………………………… (4a)
[0030]
As can be easily seen from FIG. 2, in such a tubular reactor, the cavitation region extends with respect to the axial direction of the jet 12, and the cavitation region is greatly increased. However, in this state, since there are many extra bubbles, the cavitation strength is not necessarily high.
[0031]
In short, the example shown in FIG. 1 increases the internal pressure of the reactor from the state of FIG. 2 and reduces the cavitation area, but eliminates excess bubbles to make the cavitation more powerful and further reduce the reactor size. It is a thing.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of the cavitation jet reactor according to the present invention. The sample contaminated water 21 put in the tank 22 is fed to the plunger pump 20, pressurized to a predetermined pressure to become high-pressure water 2, and fed to the nozzle 1 through the high-pressure hose 19.
[0033]
When the high-pressure water 2 is injected from the nozzle 1 into the compact reactor 14, the compact reactor 14 is also filled with water, so that an underwater water jet 15 accompanied by cavitation under pressure is obtained. Here, toxic substances are decomposed or sterilized by the action of cavitation.
[0034]
The treated water is discharged out of the system as treated water 25 through a discharge line 16 provided at the outlet of the compact reactor 14. On the other hand, if the predetermined decomposition level has not been reached, the water is returned to the tank 22 by the operation of the switching valve 24 and sent to the compact reactor 14 again.
[0035]
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a nozzle structure used for causing cavitation developed in an underwater water jet. In the nozzle 1a of this example, the high-pressure water 2 to be treated is guided through the high-pressure water supply channel 3, and is rapidly depressurized and accelerated by the squeezing portion 9 (diameter contraction portion), and is ejected from the ejection hole 4 with cavitation. It becomes the underwater water jet 7a.
[0036]
A bell-shaped enlarged cavity 5 is provided at the outlet of the ejection hole 4. A circulating vortex 6 is generated around the jet 7a immediately after exiting from the ejection hole 4. The action of the circulating vortex 6 is to cause bubble nuclei in the ambient water 8a to flow into the jet 7a, and further to apply pressure fluctuations to the jet 7a, both of which promote cavitation.
[0037]
In this embodiment, in order to extend the cavitation region in the submerged water jet 7a with cavitation in the axial direction, the squeezing (both swing) angle θ is selected from a range of 10 degrees to 120 degrees. In the example shown in FIG. 4, θ = 90 degrees.
[0038]
Next, the function of the example of the present invention will be described.
FIG. 5 shows the relationship between the reactor inner diameter Dr and the length Lcav of the cavitation region in the jet axis direction. The length Lcav of the cavitation region on the vertical axis is made dimensionless by dividing by the length Lcav * of the cavitation region (jet axis direction) in Dr → ∞ (infinitely wide free space).
[0039]
As the reactor inner diameter decreases, the cavitation region extends in the axial direction and Lcav increases. In the present invention example, the Dr region in which the cavitation region increases rapidly is used as the reactor size range. As the reactor is made thinner (Dr becomes smaller), cavitation collides with the inner wall of the reactor, but even under this condition, the cavitation region becomes considerably longer.
[0040]
However, there is a problem that the inner wall surface of the reactor causes erosion, and if the fine iron particles eroded and fall off circulate in the system shown in FIG. 3, the erosion of the nozzle is remarkably accelerated. is there. Therefore, the reactor cannot be made too thin.
[0041]
FIG. 6 shows how the volume in the cavitation region changes when a thin tube reactor is used as shown in FIG. 2 in comparison with the reference example (FIG. 11). The volume V of the cavitation region on the vertical axis was made dimensionless by dividing by the volume V * of the cavitation region in the reference example (FIG. 11). From this result, it was found that the volume of the cavitation region increased by 40% or more by making the reactor into a thin tube type.
[0042]
On the other hand, FIG. 7 shows the change of the cavitation region due to the reactor being further pressurized as shown in FIG. The volume V of the cavitation region on the vertical axis is expressed as a relative value by dividing by the volume V * of the cavitation region in the reference example (FIG. 11).
[0043]
It can be seen that if the pressure in the reactor is increased, the volume in the cavitation region is reduced to about 2/5 of the case without countermeasures. This is because if the internal pressure of the reactor rises, excess bubbles in the cavitation jet (which attenuates the cavitation power) disappear.
[0044]
FIG. 8 compares the volume V of the cavitation region with the reference example (FIG. 11) in the combination of “reactor thinning + reactor internal pressure increase” which is the final target of the present invention. The volume V of the cavitation region on the vertical axis is made dimensionless by dividing by the volume V * of the cavitation region in the reference example (FIG. 11). In the reference example, V / V * = 1. In an embodiment of the invention, the cavitation volume is reduced by about 20%.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, it is understood that bubbles that attenuate the cavitation power in the cavitation jet disappear while the cavitation region is reduced, so that the entire cavitation can be powerful.
[0046]
FIG. 9 is a test result showing the effect of the present invention. The treated water amount Q of the embodiment shown in FIG. 1 was compared with the treated water amount Q * in the reference example (FIG. 11). According to the means of the present invention, it became clear that the processing capacity can be expanded by 40% or more despite the fact that the reactor becomes compact.
[0047]
Next, another embodiment of the nozzle applied to the cavitation jet reactor of the present invention will be described with reference to FIG. The nozzle 1b of this example is devised for extending in the axial direction so that it can be applied to an elongated reactor.
[0048]
The basic structure of the nozzle 1b is a structure opposite to that of the nozzle 1c shown in FIG. 12 as a reference example, and a gradual diameter contraction part (squeezing part) is provided between the high-pressure water supply channel 3 and the ejection hole 4. ) 9 is provided.
[0049]
In this way, cavitation immediately after exiting from the ejection hole 4 is not severe, but cavitation develops as it goes downstream of the submerged water jet accompanying cavitation, and the cavitation extends in the axial direction of the jet. .
[0050]
This nozzle is therefore suitable for the new reactor of the present invention. Further, this nozzle also has a feature that the pressure loss is small as compared with the nozzle of the reference example shown in FIG.
[0051]
Here, a reference example of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 11, the reactor of the present reference example has a cylindrical reactor 10 having a far larger inner diameter Dr and length Lr than the submerged water jet 7b with cavitation which is an effective cavitation reaction region. It is used.
[0052]
In the reactor having such a structure, the cavitation reaction region is small, and the submerged water jet 7b accompanied by cavitation is mixed with the surrounding water 8b inside the cylindrical reactor 10 and diluted, thereby increasing the cavitation reaction efficiency. I can't.
[0053]
In addition, the nozzle 1c having the structure shown in FIG. 12 is intended to develop cavitation at the outlet of the ejection hole by the action of intense contraction flow in the ejection hole 4. However, when the nozzle 1c is used, Although the cavitation occurring in the nozzle is powerful in the vicinity of the nozzle, the cavitation region is not necessarily large.
[0054]
【The invention's effect】
The effects produced by the present invention are summarized as follows.
(A) Effectively use the flow region of the reactor that injects the water jet, and can eliminate the cushioning action by removing excess bubbles, thus increasing the cavitation efficiency and greatly improving the water purification capacity of the cavitation jet reactor. Can be improved.
[0055]
(B) In the above effect (A), since no external energy is supplied, the energy cost can be reduced.
(C) Although the reactor is elongated, it can be made compact as a whole.
(D) In relation to (A) and (B) above, the effects of increasing the amount of water to be purified, shortening the water purification process, and expanding the substances to be treated are produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an entire system using the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a nozzle used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing experimental results on which the present invention is based.
FIG. 6 is a diagram showing a result of an experiment on which the present invention is based.
FIG. 7 is a diagram showing experimental results on which the present invention is based.
FIG. 8 is a diagram showing test results that specifically demonstrate the effects of the implementation of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing test results that specifically demonstrate the effects of the implementation of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another embodiment of a nozzle used in the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a reference example of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a nozzle in a reference example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c Nozzle 2 High pressure water 3 High pressure water supply flow path 4 Ejection hole 5 Enlarged cavity 6 Circulating vortex 7a, 7b Underwater water jet with cavitation 8a Pressurized ambient water 8b Ambient water 9 Part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylindrical reactor 13 Nozzle mount 14 Compact reactor 15 Underwater water jet 16 with cavitation under pressure 16 Discharge line 17 Pressure regulating valve 18 Pressure gauge 19 High pressure hose 20 Plunger pump 21 Test contaminated water 23 Circulation line

Claims (5)

ノズルから反応容器内の水中に噴出する処理対象水のウォータージェットによって、キャビテーションを発生するキャビテーション・ジェット・リアクタにおいて、前記反応容器は、内部が加圧状態に保持されるとともに、前記ウォータージェットの噴出方向に、細長い円筒形もしくは角筒形に形成され、等価直径Drが、ノズル孔径をDjとすると、Dr=(16〜42)×Dj、の範囲から選定されてなることを特徴とするキャビテーション・ジェット・リアクタ。In a cavitation jet reactor in which cavitation is generated by a water jet of water to be treated which is jetted into water in a reaction vessel from a nozzle, the inside of the reaction vessel is maintained in a pressurized state, and the jet of the water jet Cavitation is characterized in that it is formed in the direction of an elongated cylinder or square cylinder, and the equivalent diameter Dr is selected from the range of Dr = (16 to 42) × Dj, where the nozzle hole diameter is Dj. Jet reactor. 前記反応容器の有効長さLrが、ノズル孔径をDjとすると、Lr=(300〜1600)×Dj、の範囲から選定されてなる請求項に記載のキャビテーション・ジェット・リアクタ。2. The cavitation jet reactor according to claim 1 , wherein the effective length Lr of the reaction vessel is selected from the range of Lr = (300 to 1600) × Dj where the nozzle hole diameter is Dj. 前記ノズルにおける噴射圧力Pjが、Pj=110〜1500kgf/cm
、の範囲から選定されてなる請求項1又は2に記載のキャビテーション・ジェット・リアクタ。
The injection pressure Pj at the nozzle is Pj = 110 to 1500 kgf / cm 2.
The cavitation jet reactor according to claim 1 or 2 , wherein the cavitation jet reactor is selected from the range.
前記反応容器の内圧Prが、Pr=0.6〜5.0kgf/cm、の範囲から選定されてなる請求項1乃至3のうちいずれかに記載のキャビテーション・ジェット・リアクタ。The pressure Pr of the reaction vessel, Pr = 0.6~5.0kgf / cm 2, cavitation jet reactor according to any one of claims 1 to 3 formed by selecting from the range of. 前記ノズルは、高圧水供給部から噴出孔にかけての収縮部における両振りしぼり角度θが、10度以上120度未満である請求項1乃至4のうちいずれかに記載のキャビテーション・ジェット・リアクタ。The nozzle is, cavitation jet reactor according to any one of the two Furishibori angle θ is the constriction of toward the ejection hole from the high pressure water supply unit, according to claim 1 to 4 is less than 10 degrees or more 120 degrees.
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