JP4969939B2 - Ultrafine bubble generation method - Google Patents
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Description
本発明は、超微細気泡発生方法及び発生装置に関し、より詳細には、高圧流体の噴射による超微細気泡発生方法及び発生装置で、更にはイオン化処理をも組み合わせた超微細気泡発生方法及び発生装置及び該発生装置に関する。 The present invention relates to an ultrafine bubble generation method and generator, and more particularly, to an ultrafine bubble generation method and generator by jetting high pressure fluid, and further to an ultrafine bubble generation method and generator combined with ionization treatment. And the generator.
近年、その高い内部圧力や表面の活性度の高さが、汚濁水の浄化、生体への適用、あるいは化学反応に有効利用できるものとして、超微細気泡(以下、「ナノバブル」ともいう。)が注目され、例えば、特許文献1及び2に当該ナノバブルの発生方法及び発生装置さらにはナノバブルの利用方法及び装置が提案されている。 In recent years, ultra-fine bubbles (hereinafter also referred to as “nanobubbles”) have been described as having high internal pressure and high surface activity that can be effectively used for purification of polluted water, application to living bodies, or chemical reactions. Attention has been focused on, for example, Patent Documents 1 and 2 propose nanobubble generation methods and generation apparatuses, and nanobubble utilization methods and apparatuses.
特許文献1、2に提案されるナノバブル発生方法は、電気分解装置と超音波発生装置を組み合わせたものであり、より具体的には、電気分解装置により発生する酸素やオゾンの気泡を電気分解装置の底部に設けられた超音波発生装置からの超音波振動で圧壊し、微細化し、ナノバブルを発生させるものである。
しかしながら、上記従来のナノバブル発生装置でナノバブルを大量に発生させるためには、電気分解装置や超音波発生装置を大型化しなければならないが、それにより装置全体が複雑になるとともに、消費する電力量も増大し、結果として、ナノバブル発生コストが非常に高いものとなる。又、これらの装置では、廃水等の水系の流体の処理についてのみ記載があり、他の種類の流体への適用は全く考えられていない。 However, in order to generate a large amount of nanobubbles with the conventional nanobubble generator, it is necessary to increase the size of the electrolysis apparatus and the ultrasonic generator, which complicates the entire apparatus and consumes power. As a result, the cost of generating nanobubbles becomes very high. In these apparatuses, only treatment of water-based fluids such as waste water is described, and application to other types of fluids is not considered at all.
近年、汚水や廃水の浄化処理が注目されているが、時間あたりの処理量が十分とは言い難い。更に、他の種類の流体において、種々の効能を付与することが望まれている。 In recent years, purification of sewage and wastewater has attracted attention, but the amount of treatment per hour is not sufficient. Furthermore, it is desired to provide various effects in other types of fluids.
上記課題に鑑み、簡単な構造で超微細気泡を処理されるべき流体で発生させることができる超微細気泡発生方法及び発生装置並びに該発生装置を用いた処理装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for generating ultrafine bubbles and a processing apparatus using the generator that can generate ultrafine bubbles with a fluid to be processed with a simple structure.
上記目的を達成するために、本発明の超微細気泡発生方法は、処理される原流体に高圧流体を噴射して超微細気泡を発生させるが、前記高圧流体の噴射により形成される複数の噴射線が、前記原流体の所定の小領域内を通過するように、それぞれの噴射線の方向を異ならせることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for generating ultrafine bubbles according to the present invention generates ultrafine bubbles by injecting a high-pressure fluid into a raw fluid to be processed, and a plurality of injections formed by the injection of the high-pressure fluid. The direction of each jet line is made different so that the line passes through a predetermined small region of the raw fluid.
より具体的には、以下のものを提供する。 More specifically, the following are provided.
(1)処理される原流体に高圧流体を噴射して超微細気泡を発生させる超微細気泡発生方法であって、前記高圧流体の噴射により形成される複数の噴射線が、前記原流体の所定の小領域内を通過するように、それぞれの噴射線の方向を異ならせることを特徴とする超微細気泡発生方法を提供することができる。 (1) A method for generating ultrafine bubbles by injecting a high-pressure fluid into a raw fluid to be processed to generate ultrafine bubbles, wherein a plurality of injection lines formed by the injection of the high-pressure fluid are predetermined for the original fluid. Thus, it is possible to provide a method for generating ultrafine bubbles, characterized in that the directions of the respective injection lines are made different so as to pass through the small region.
ここで、流体とは廃水、汚水、その他の水系液体若しくは流体を含んでよく、ガソリン、軽油、重油等の炭化水素系の液体若しくは流体を含んでよく、その他の液体を含んでよい。また、高圧流体とは、圧力が5MPa以上、より好ましくは、10MPa以上、更に好ましくは、15MPa以上の流体を意味してよい。しかしながら、工業的な生産性等を考慮すれば、圧力が10MPa以下、より好ましくは、5MPa以下、更に好ましくは、1MPa以下の流体が望まれる。ここで、高圧流体は、原流体を圧縮して用いることができ、単にポンプ等により加圧してもよく、更に、別の処理を加えてもよい。特に、超微細気泡発生に好ましい、イオン化処理を施すことができる。 Here, the fluid may include waste water, sewage, other aqueous liquids or fluids, may include hydrocarbon liquids or fluids such as gasoline, light oil, and heavy oil, and may include other liquids. The high pressure fluid may mean a fluid having a pressure of 5 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, and still more preferably 15 MPa or more. However, considering industrial productivity and the like, a fluid having a pressure of 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, and still more preferably 1 MPa or less is desired. Here, the high-pressure fluid can be used by compressing the raw fluid, may be simply pressurized by a pump or the like, and may be subjected to another treatment. In particular, an ionization treatment that is preferable for generating ultrafine bubbles can be performed.
噴射線とは、高圧流体の噴射によって形成される噴射された流体の噴射軌跡を描くものを意味してよい。ノズル等からの噴射による噴射線は、原流体内に形成される場合は、噴射線の回りの原流体との干渉により、噴射線は噴射直後からその境界が不明確になり易い。しかしながら、噴射直後の噴射線の方向にまっすぐに延びる線が、噴射線ということもできる。また、噴射線の太さとしては、高圧流体が噴射される噴射孔(例えば、ノズル)の直径(円若しくは略円形断面積の場合)を基準としてよい。噴射孔の形状が矩形、楕円形、その他の形状である場合は、一般に流体で用いられる特徴的な寸法をその太さとすることができる。 An injection line may mean what draws the injection locus of the injected fluid formed by injection of a high-pressure fluid. When an injection line formed by injection from a nozzle or the like is formed in the raw fluid, the boundary of the injection line tends to be unclear immediately after injection due to interference with the raw fluid around the injection line. However, a line extending straight in the direction of the injection line immediately after injection can also be called an injection line. Further, the thickness of the injection line may be based on the diameter (in the case of a circle or a substantially circular cross-sectional area) of an injection hole (for example, a nozzle) through which high-pressure fluid is injected. When the shape of the injection hole is a rectangle, an ellipse, or another shape, a characteristic dimension generally used for fluid can be set as the thickness.
噴射線の方向は、実質的に、高圧流体が噴射されるときの噴射方向に等しい。この噴射は、光等で用いられる用語に準じてコヒーレント(coherent)の比較的高いものが好ましい。従って、噴霧器のようにノズルを出た瞬間に半球状に広がる噴射はあまり好ましくない。異なる方向の噴射線が、所定の小領域内(これはある程度小さい領域であるが)を通過するため、噴射線同士が交差することがあってもよく、少なくとも2つの噴射線が交差することがより好ましい。このような複数の噴射線としては、立体的に等価な複数の位置から1点に向って噴射する場合を含むことができる。また、所定の平面内を2以上の噴射線が通過し、ある交差点で交差するように噴射する場合も含むことができる。例えば、所定の平面内に置かれた対向するノズルから、高圧流体を噴射させ、噴射線がぶつかり合う場合を含むことができる。 The direction of the jet line is substantially equal to the jet direction when the high-pressure fluid is jetted. This jet preferably has a relatively high coherence according to the terminology used for light or the like. Therefore, it is not preferable to spray a hemisphere at the moment of exiting the nozzle like a sprayer. Since the injection lines in different directions pass through a predetermined small area (this is a small area to some extent), the injection lines may intersect each other, or at least two injection lines may intersect. More preferred. Such a plurality of injection lines may include a case where injection is performed from a plurality of three-dimensionally equivalent positions toward one point. Moreover, the case where two or more injection lines pass in a predetermined plane and inject | pour so that it may cross | intersect at a certain intersection can also be included. For example, the case where a high-pressure fluid is ejected from an opposing nozzle placed in a predetermined plane and the ejection lines collide with each other can be included.
(2)前記所定の小領域は、前記噴射線の太さの2倍以下を典型的な長さとする略球であることを特徴とする上記(1)に記載の超微細気泡発生方法を提供することができる。 (2) The method for generating ultrafine bubbles according to (1) above, wherein the predetermined small region is a substantially sphere having a typical length not more than twice the thickness of the injection line. can do.
ここで、所定の小領域とは、原流体に仮想される領域であり、その形状は問わないが、球形、細長い球形(例えば、ラグビーボールのような形状、球を押しつぶされた扁平な形状、赤血球のような形状)であることが好ましい。典型的な長さは、一般に流体で用いられる特徴的な寸法を意味することができる。例えば、球の直径等である。 Here, the predetermined small region is a region virtually imagined by the raw fluid, and its shape is not limited, but a spherical shape, an elongated spherical shape (for example, a shape like a rugby ball, a flat shape in which a sphere is crushed, It is preferably a shape like an erythrocyte). Typical length can mean a characteristic dimension commonly used with fluids. For example, the diameter of a sphere.
(3)前記複数の噴射線は、異なる方向の3以上の噴射線を含み、いずれか2つの噴射線が前記所定の小領域内で所定の交差点で交差するときに、それ以外の噴射線のいずれも該交差点を通過しないことを特徴とする上記(1)又は(2)記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (3) The plurality of injection lines include three or more injection lines in different directions, and when any two injection lines intersect at a predetermined intersection in the predetermined small area, Any of the above-mentioned (1) or (2) can be provided with the method for generating ultrafine bubbles, which does not pass through the intersection.
このような噴射線の例としては、ある仮想の平面内で、2つの噴射線が交差し、この第1の交差点とは異なる位置で、3つ目の噴射線がそれぞれ2つの噴射線と第2及び3の交差点で交差する場合であって、これらの3つの交差点が、所定の小領域内(この場合は、該仮想の平面内の平面状の領域内)にある場合がある。このとき、3つの交差点で囲まれた領域内が3つの噴射線の噴射方向により、渦を巻くように噴射することがより好ましい。原流体に渦を生じさせるきっかけとなり、これにより、原流体が十分に攪拌される効果があるからである。 As an example of such an injection line, two injection lines intersect each other in a certain virtual plane, and the third injection line has two injection lines and a second one at a position different from the first intersection. There are cases where two and three intersections intersect, and these three intersections may be within a predetermined small region (in this case, within a planar region within the virtual plane). At this time, it is more preferable that the region surrounded by the three intersections is jetted in a vortex according to the jetting directions of the three jet lines. This is because the vortex is generated in the raw fluid, and the raw fluid is sufficiently stirred.
(4)更に、前記所定の小領域外であって第2の所定の小領域内に、前記所定の小領域内を通過する前記複数の噴射線とは異なる、第2の複数の噴射線が通過するように前記高圧流体を噴射することを特徴とする上記(1)から(3)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (4) Further, a second plurality of injection lines different from the plurality of injection lines that pass through the predetermined small area outside the predetermined small area and in the second predetermined small area. The method for generating ultrafine bubbles according to any one of (1) to (3) above, wherein the high-pressure fluid is ejected so as to pass therethrough.
このように、所定の小領域(第1の小領域)以外に、第2の小領域が複数の噴射線の通過領域として設けられると、それぞれの小領域で、超微細気泡を発生させることができ、超微細気泡の発生量を多くすることができる。 As described above, when the second small region is provided as the passage region for the plurality of injection lines in addition to the predetermined small region (first small region), ultrafine bubbles may be generated in each small region. And the amount of ultrafine bubbles generated can be increased.
(5)前記複数の噴射線は、共通する噴射方向成分を有し、これらの噴射方向成分により、前記源流体に流れを生じさせることを特徴とする上記(1)から(4)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (5) Any one of (1) to (4), wherein the plurality of injection lines have a common injection direction component, and flow is generated in the source fluid by the injection direction component. It is possible to provide a method for generating ultrafine bubbles.
ここで、共通する噴射方向成分とは、各噴射線の噴射方向を分解した場合に、共通する方向成分のことを意味することができる。より具体的には、2つの噴射線が同一の噴射方向を有する場合、それぞれの噴射方向全てが共通する噴射方向成分となり、2つの噴射線が対向する方向に噴射される場合は、共通する噴射方向成分は無いことになる。このような共通する噴射方向成分により、原流体に影響を与え、一定の方向に原流体を流すようにすることができる。 Here, the common injection direction component can mean a common direction component when the injection direction of each injection line is disassembled. More specifically, when two injection lines have the same injection direction, all of the respective injection directions become a common injection direction component, and when two injection lines are injected in opposite directions, a common injection There will be no direction component. Such a common jet direction component can influence the raw fluid and cause the raw fluid to flow in a certain direction.
(6)前記高圧流体について、噴射前にイオン化処理を施すことを特徴とする上記(1)から(5)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (6) The method for generating ultrafine bubbles according to any one of (1) to (5) above, wherein the high-pressure fluid is subjected to an ionization treatment before jetting.
ここで、イオン化処理は、原流体が水系の流体である場合に、高圧にした流体を、酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが分散されたセラミックス成形体が充填された反応容器内を通過させることにより、行うことができる。このようなセラミック成形体は、例えば、炭酸バリウム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる混合物を、粘土をバインダーとして約1000℃〜約1500℃の範囲の温度で焼成されるものを例示することができる。 Here, when the raw fluid is an aqueous fluid, the ionization treatment is performed by passing a fluid at a high pressure through a reaction vessel filled with a ceramic molded body in which aluminum oxide and barium titanate are dispersed. It can be carried out. An example of such a ceramic molded body is one in which a mixture of barium carbonate, titanium oxide and aluminum oxide is fired at a temperature in the range of about 1000 ° C. to about 1500 ° C. using clay as a binder.
(7)前記原流体の所定の小領域近傍に、イオン化処理された気体を供給することを特徴とする上記(1)から(6)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (7) The method for generating ultrafine bubbles according to any one of (1) to (6) above, wherein ionized gas is supplied in the vicinity of a predetermined small region of the raw fluid.
ここで、イオン化処理とは、安定イオン化方法を適用した処理を意味してよい。この安定イオン化方法は、例えば、マイナスイオンを多く含む空気を発生させる方法を含んでよい。マイナスイオンを多く含む空気を所定の小領域近傍に供給することを例示することができる。例えば、上記の共通する噴射方向成分の方向に沿って、かつ、上記の所定の小領域の近傍であって、その方向の向きに従って供給される空気が該所定の小領域内に流れていくように供給することができる。 Here, the ionization process may mean a process to which a stable ionization method is applied. This stable ionization method may include, for example, a method of generating air containing a large amount of negative ions. It can be exemplified that air containing a lot of negative ions is supplied in the vicinity of a predetermined small area. For example, the air supplied along the direction of the common injection direction component and in the vicinity of the predetermined small area, according to the direction of the direction, flows into the predetermined small area. Can be supplied to.
(8)前記イオン化処理された気体は、酸素を含むことを特徴とする上記(1)から(7)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (8) The ultrafine bubble generating method according to any one of (1) to (7) above, wherein the ionized gas contains oxygen.
(9)前記原流体が、例えば炭化水素を含むことを特徴とする上記(1)から(8)いずれか記載の超微細気泡発生方法を提供できる。 (9) The method for generating ultrafine bubbles according to any one of (1) to (8) above, wherein the raw fluid contains, for example, a hydrocarbon.
(10)上記(1)から(9)いずれか記載の超微細気泡発生方法を用いた処理装置を提供できる。 (10) A processing apparatus using the method for generating ultrafine bubbles described in any one of (1) to (9) above can be provided.
本発明に係る超微細気泡発生方法は、超微細イオン化気泡発生方法を含み、上記構成を備えることで、超微細気泡を連続的に且つ大量に原流体中に直接発生させることができる。 The method for generating ultrafine bubbles according to the present invention includes the method for generating ultrafine ionized bubbles, and by providing the above configuration, the ultrafine bubbles can be generated directly and in a large amount directly in the raw fluid.
また、該超微細気泡発生方法を用いる超微細気泡発生装置は、超微細気泡若しくは超微細イオン化気泡を連続的に且つ大量に処理される原流体中に直接発生させることができるが、その構造はシンプルであり、耐用年数を長くすることが可能であり、初期コスト及びランニングコストも低く抑えることが可能となる。 In addition, the ultrafine bubble generation apparatus using the ultrafine bubble generation method can directly generate ultrafine bubbles or ultrafine ionized bubbles in a raw fluid to be processed continuously and in large quantities. It is simple, the service life can be extended, and the initial cost and running cost can be kept low.
また、本発明に係る処理装置は、上記超微細気泡発生装置に安定イオン化方法を用いたイオン化処理装置を組み合わせることで、超微細気泡の活性化をさらに促すことが可能となる。 In addition, the processing apparatus according to the present invention can further promote the activation of the ultrafine bubbles by combining the ultrafine bubble generating apparatus with an ionization processing apparatus using a stable ionization method.
本発明に係る処理装置は、イオン化処理を行うイオン化処理装置とさらに組み合わせることで、処理効率を向上させることができる。 The processing apparatus according to the present invention can improve processing efficiency by further combining with an ionization processing apparatus that performs ionization processing.
以下に本発明の実施例について、図面に基づいてより詳しく説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の超微細気泡発生方法を適用した超微細気泡発生装置10の全体ブロック図を示す図である。図2は、図1の超微細気泡発生装置の噴射手段を具現化した高圧インジェクタ28を示す断面図である。図3は、図1の超微細気泡発生装置(制御手段を省略)11を模式的に示した概略図である。図4は、図1の超微細気泡発生装置のイオン化手段14を2つの種類のイオン化処理に具現化したときの概略断面図である。超微細気泡発生装置10は、高圧ポンプ12、イオン化手段14、噴射手段16がこの順にパイプ24により、バルブ20を間に挟みつつ、接続されている。また、安定イオン化手段50が、イオン化手段14と類似する機能を有する構成要素として、パイプ52を介して噴射手段16に接続されている。これらの構成要素は、制御手段18により、有線/無線を問わず通信回線18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18hを介して制御されている。各構成要素については、より詳しく後述する。
FIG. 1 is a diagram showing an overall block diagram of an ultrafine
高圧ポンプ12は、処理すべき原流体の貯留部100に吸入口が入れられたパイプ22aにより同流体を吸い上げ、また、高圧ポンプ12内でオーバーフローした同流体を原流体の貯留部100に戻すパイプ22bが接続されている。高圧ポンプ12で加圧された流体は、パイプ24を介して、イオン化手段14に導入され、更に、パイプ24を介して、原流体の貯留部100に入れられた噴射手段16である高圧インジェクタ28から高圧で噴射される。またこれは、必ずしも原水を循環せず、たとえば海水を吸い上げて、高圧ポンプ12で加圧された流体により原流水を浄化する構成とする場合にも適用可能となっている。
The high-
この高圧インジェクタ28は、原流体が吸入及び排出される比較的太いパイプであるメインパイプ30と、そのメインパイプ30の周りをほぼ同心円状に囲む外管であるジャケットパイプ32と、該ジャケットパイプ32の内側とメインパイプ30の外側の間の空間である室25内に高圧流体を送り込むパイプ24と、送り込まれた高圧流体をメインパイプ30の内側に導入される原流体中に噴射する複数の噴射ノズル34、36と、から構成される。該複数の噴射ノズル34、36は、メインパイプ30の中心軸線に向ってほぼ対向するように備えられているが、図2の図中やや下向き(図3の模式図において水平なメインパイプ30の軸線において出口方向である左向き)に傾いて固定されている。原流体は、この貯留部100において大気圧下で貯留されており、メインパイプ30の内側でもほぼ同じ条件である。この原流体中に、噴射孔の径が約0.2から約2mmから適宜選択される大きさを持ち、長さが、約20から約50mmの噴射ノズル34、36から、高圧流体が噴射され、ナノバブルが発生する。
The high-
噴射ノズル34、36から噴射される高圧流体の噴射線は、反対方向に真っ向から対向するものではなく、少し傾いており、それぞれ、図2(a)において下向きである。従って、原流体の流れ方向に共通する方向成分を有している(図2(d)参照)。従って、メインパイプ30内にその入り口30aから導入された原流体が、図2(a)において下向き(図3において左向き)に流れ、出口30bから流出するようになる。このため、ナノバブル密度の高い原流体が、メインパイプ30内を順次流れていき、滞留しないので、好ましい。
The jet lines of the high-pressure fluid jetted from the
共通の方向成分について、図2(d)を参照しつつ詳細に説明する。図2(d)は、噴射ノズル34の噴射孔34aから噴射された高圧流体が、噴射線34bを形成するようすを示している。この噴射線34bの太さは、噴射孔34aの出口からあまり変化しておらず、ほぼ噴射孔34aの直径と同じ太さを有している。この噴射は、図中、矢印34cで示すベクトルの噴射速度や運動量を有している。図2(a)の噴射ノズル36から噴射される噴射線も同様なベクトルの噴射速度や運動量を有しているが、それぞれ、メインパイプ30の軸線に沿った共通の方向成分(噴射ノズル34では、ベクトル34e)を有している。この噴射の共通の方向成分34e等により、メインパイプ30内の原流体が軸線に沿って図中下へと押し流されるのである。このときの共通の方向成分の割合を、全体のベクトル34cに対して考える。法線方向の成分34dと軸線方向の成分34eを合成したものが、34cになるので、その比は、34e対34d(若しくは、34e/(34e+34d))とすることができる。このような共通する方向成分の比あるいは、34cと34dとのなす角度θは、経験から求めることができるが、ある条件では、約60°以下が好ましく、更に好ましくは、約45°以下である。また、約0°以上が好ましく、より好ましくは、約15°以上である。
The common direction component will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2D shows how the high-pressure fluid ejected from the
噴射ノズル34、36は、メインパイプ30の内面から突出しており、それぞれの噴射孔34a、36aが近接している。このため、それぞれ噴射された高圧流体の噴射線は、それほど長く延びなくても相互に交差することができる。言い換えれば、これらの噴射線が、所定の小さな小領域200内を通過するように設計され、例えば、噴射ノズル34、36の噴射孔34a、36aがこの所定の小さな小領域200よりも大きな領域210内に集まっていることが好ましい。図2(b)及び(c)に、このような小領域200、及び領域210の正面図及び側面図を示す。正面図においては、小領域200及び領域210の正面図は、共にほぼ円形をしており、その直径はd及びDである。図2(c)は、これらの領域の側面図を図2(c)に示す。小領域200及び領域210の側面図は共につぶされており、側面視でラグビーボール状態であるが、立体的には、扁平な赤血球形状(若しくは円板形状)を呈している。この時の圧縮された幅は、それぞれ、w及びWであり、D/W及びd/wを扁平変形比として定義することができる。また、(d−w)/d及び(D−W)/Dを扁平率と定義することができる。例えば、原流体が存在する領域内であって、望ましくは、ほぼ球形状をしており、又は、球形状を平たくした(若しくは、つぶした)扁平球形状又は円板形状をしている。これらの形状を特徴づける長さは、例えば、球形状であれば、直径であり、扁平な球形状であれば、その厚み及び/又は元の球の直径を例示することができる。このような小領域200としては、例えば、球形状についてのべれば、直径が、約20mm以下、より望ましくは、約15mm以下、更に望ましくは、約10mm以下である。また、領域210について、同様に述べれば、直径が、約30mm以下、より望ましくは、約25mm以下、更に望ましくは、約20mm以下である。この球形状は、例えば、メインパイプ30の軸方向に約1/2に押しつぶされた場合についても当てはめることができる。
The injection nozzles 34 and 36 protrude from the inner surface of the
このように複数の噴射線が所定の小領域内を通過するようにすることは、実質的に噴射線が交差することを意味することができる。後述するが、3以上の複数の噴射線については、それが実質的に1点で交差することは却って好ましくないと考えられる。発生したナノバブルの拡散がより難しくなると考えられるからである。 In this way, allowing a plurality of injection lines to pass through a predetermined small area can mean that the injection lines substantially intersect. As will be described later, it is considered undesirable for a plurality of three or more injection lines to substantially intersect at one point. This is because it is considered that the generated nanobubbles are more difficult to diffuse.
また、噴射ノズル34、36は、メインパイプ30の内側面から突出しているが、このような構造をとることは、より好ましいと考えられる。例えば、メインパイプ30の内径を小さくし、上記所定の領域210とほぼ同じ大きさにした場合、噴射される高圧の流体が、噴射線を描きつつ延びることができず、メインパイプ30の内側の圧力が、異常に高くなる結果になるおそれがあるからである。
Moreover, although the
図4は、イオン化手段の一例であるイオン化処理装置15を模式的に示す断面図である。図4(a)は、同装置に用いられるセラミックス40がボール形状をしており、保持器41中に保持されている状態を示している。イオン化処理装置15には、図中左側の開口24aから高圧流体(例えば水)が導入され、扇状に広がる空間39aに流れ込むので、流速が低下し、セラミックス・ボール40の表面と接触する時間が増大する。さらに、流体が出て行く出口開口24b近傍では、逆扇状に空間39bが狭くなるので、セラミックス・ボール40の表面と接触する時間が増大する。このセラミックス・ボール40は、特開平8ー217421号公報等に記載されているような、炭酸バリウム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる混合物を、粘土をバインダーとして、約1000℃から約1500℃の範囲で焼成されるセラミックス成形体である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an
図4(b)は、別の実施形態であるイオン化処理装置15を模式的に同様に断面において示している。セラミックス・リング42を収納する内部空間構造は、高圧流体導入孔24a、拡大空間39a、縮小空間39b、及び出口24bにおいて、ほぼ上述と同様であるのでここでは説明を省略する。イオン化処理装置15の内部収納空間に収納されたセラミックス・リング42は、中央の開口部を通過する軸43に対して、図中左右にずれないように固定されている。この軸43は、イオン化処理装置15の内面にこていされているので、高圧流体が流れてもセラミックス・リング42が流れ方向にずれることはないようになっている。
FIG. 4B schematically shows a cross section of an
図5は、別の実施例である超微細気泡発生装置(制御手段を省略)60を模式的に示す図である。多くの構成要素は、図2は、図3と共通するので、重複する説明は省略する。この実施例では、図3の構成に加え、更に、安定イオン化処理装置50が追加されている。この安定イオン化処理装置50の詳細が、模式的に図6において示されている。また、図9(a)及び(b)には、この安定イオン化処理装置50から供給される気体を高圧インジェクタ228のノズル位置(即ち、大きい方の所定の領域)まで供給する場合の各種部材の位置関係が模式的に示されている。尚、図9の基本構成は、図2とほぼ同じであるので、重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an ultrafine bubble generating apparatus (a control unit is omitted) 60 according to another embodiment. Many components are the same as those in FIG. 3, and thus redundant description is omitted. In this embodiment, in addition to the configuration of FIG. 3, a stable
安定イオン化処理装置50は、大気中に開放している開口から管51を通して空気が導入され、セラミックス53とヒータ54を通過し、電極板55、56を通過してマイナスイオンを多く含む空気を出口から排出し管52を通して送られ、更に内管ノズル70を介して、対向する噴射ノズル34、36の背面であって、領域210内に供給される。
In the stable
図6に示すように、安定イオン化処理装置50は、セラミックスとヒータの温度調整により、マイナスイオンを発生させて、それからマイナスイオンの金属管体50aへの付着による消滅を避けるために電圧発生装置59により微弱電圧(例えば、−2.0〜+2.0V)をかけ、抵抗測定と温度調整によりマイナスイオンを安定的に発生させることを特徴としたマイナスイオンを高めた空気を流す装置である。この抵抗測定は、抵抗測定装置57により行われ、その結果が、温度調整装置58により反映され、ヒータ54の温度調整が行われる。このとき導入される空気は、上述する領域210内に供給できるように、ある程度の圧力が加えられている。
As shown in FIG. 6, the stable
図7は、別の実施形態である高圧インジェクタ128を断面図で示している。この基本構造は、図2のものとほぼ同じであるので、重複する説明は省略する。この実施形態において、更に2つの噴射ノズル35、37が、メインパイプ30の軸線方向であって、原流体の流れの上流に同様に配置されている。この噴射ノズル35、37の噴射孔35a、37aは、同様に領域210’内に配置されており、それぞれ噴射される噴射線は、より小さな小領域200’内をそれぞれ通過し、実質的に、該小領域200’内で交差する(若しくは、ぶつかる)。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of another embodiment of a
図8(a)は、別の実施形態である高圧インジェクタ28’を正面図で示している。基本的な構成は、図2、7、9のものと同じであるので重複する説明は省略する。この図において、噴射ノズル134、135、136は、これらの噴射孔134a、135a、136aが配置される領域230は、メインパイプ30の軸線に対して垂直な比較的フラットな円板形状をしている。この円板形状において、噴射ノズル134、135、136は、実質的に等価な位置に配置されている。具体的に言えば、噴射ノズル134、135、136は、それぞれ、120度ずつ回転した向きに、メインパイプ30の内面に固定されているのである。このようにすると、領域230よりも小さな小領域220内において、それぞれ噴射孔134a、135a、136aから噴射される噴射線134b、135b、136bが、小領域220内を通過する。このとき、それぞれの噴射線が一点で交差するよりも、図8(b)に模式的に示すようにあるエリアを囲むように噴射線が配置されることが好ましい。このようにすれば、噴射により発生したナノバブルが効率よく拡散されると考えられるからである。また、噴射線同士の交差により、相手側の噴射線の勢いを止めることが比較的少なく、噴射線が十分伸びていくことができるからである。
FIG. 8A shows a high-pressure injector 28 'according to another embodiment in a front view. Since the basic configuration is the same as that of FIGS. In this figure, the
図10は、図1、3、8において示す超微細気泡発生装置により、処理した水道水の結果をまとめている。ここで用いた高圧ポンプは、三相交流電源200V、3.7kw/50Hzで機能するもので、吐出量が10L/min、であった。メインパイプ30の内径はφ30mmで、高圧インジェクタの噴出ノズルは、120度ずつメインパイプ30の軸線の回りに回した位置にそれぞれ内側に向くように配置された。また、各噴射ノズル134、135、136の内面からの突出長さは、約10mmであり、噴射孔134a、135a、136aが入る領域230は、直径が約10mmの球形状であった。また各噴射線は、直径が約1mmのほぼ球形の小領域内を通過するように配置されていた。各噴射孔の径は0.3mmであった。
FIG. 10 summarizes the results of tap water treated by the ultrafine bubble generator shown in FIGS. The high-pressure pump used here functions at a three-phase AC power supply of 200 V and 3.7 kw / 50 Hz, and the discharge amount was 10 L / min. The inner diameter of the
図3に示す原流体の貯留部100である水槽内に、水道水を入れて貯留し、高圧インジェクタ28’をその中に入れ、高圧ポンプにより、5.0MPaの圧力をかけた。このような状態で、イオン化手段14を用いずに水道水を処理したところ、図10の下方表の下段部のような結果となった。即ち、原水温度が、30分経過することにより、22.3℃から29.7℃に上昇し、水素イオン濃度が、7.00から7.09へと増加した。
Tap water was stored in a water tank, which is the raw
また、イオン化手段14を用いたものでは、原水温度が、30分経過することにより、23.6℃から31.0℃に上昇し、水素イオン濃度が、7.01から7.38へと増加した。 In the case of using the ionization means 14, the raw water temperature increases from 23.6 ° C. to 31.0 ° C. after 30 minutes, and the hydrogen ion concentration increases from 7.01 to 7.38. did.
水素イオン濃度の結果をグラフにまとめ、図11に示す。水素イオン濃度がいずれのケースも経過時間と共に上昇しており、イオン化及びキャビテーション効果があると判断できる。 The results of the hydrogen ion concentration are summarized in a graph and shown in FIG. In all cases, the hydrogen ion concentration increases with the passage of time, and it can be determined that there are ionization and cavitation effects.
同様な装置を用いて、流体の処理を同様に行った。このとき、装置に組み込まれた噴射ノズルは、6本であり、それぞれ円対称な位置で等価な位置に配置された。このときイオン化処理は行っているが、主な流体は、軽油であり、必ずしも水系の流体と同じ効果があるとは限らないことはいうまでもない。尚、イオン化手段であるイオン化処理装置によりイオン化処理は行っているが、その明確なメカニズムは必ずしも明確になっていない。尚、特開平8−217421では、水溶性の液体について記載してあり、軽油での作用効果は明示されていない。また、軽油の処理結果の評価は、水素イオン濃度では行えないので、燃焼性の評価によって結果を評価した。図12にその評価方法を解説する。 A similar apparatus was used to treat the fluid in the same manner. At this time, the number of injection nozzles incorporated in the apparatus was 6, and each was arranged at an equivalent position in a circularly symmetric position. Although ionization is performed at this time, it is needless to say that the main fluid is light oil and does not necessarily have the same effect as the aqueous fluid. In addition, although the ionization process is performed by the ionization processing apparatus which is an ionization means, the clear mechanism is not necessarily clear. In addition, in Unexamined-Japanese-Patent No. 8-217421, it describes about the water-soluble liquid, and the effect in light oil is not specified. Moreover, since the evaluation of the processing result of light oil cannot be performed by hydrogen ion concentration, the result was evaluated by evaluation of combustibility. FIG. 12 explains the evaluation method.
燃料として用いられる軽油の燃焼性評価には、燃焼時間を用いた。この擬似燃焼性試験の定容燃焼器にはFUELTECH社製FIA−100(Fuel Ignition Analyzer)を用いた。指標となる燃焼時間は燃料が噴射されてから95%燃焼が終わるまでの時間(ROHRにおける100%燃焼終わり位置が不明瞭であるため)で評価することができる(図8(a))。この時間は、全燃焼期間Matと定義されている。もう一つの燃焼性は、MD’から95%燃焼が終わるまでの時間を指標にすることができる(図8(b))。この時間を測定し、これを主燃焼時間Mat−MD’と定義する。これらの時間で燃焼性を評価することができる。即ち、これらの時間が短いほど燃焼性がよいとされるのである。つまり、燃焼時間の長い燃料は燃焼性が悪いことになる。 Combustion time was used to evaluate the combustibility of light oil used as fuel. As a constant-volume combustor for the pseudo-flammability test, FIA-100 (Fuel Ignition Analyzer) manufactured by FUELTECH was used. The combustion time that serves as an index can be evaluated by the time from when the fuel is injected to the end of 95% combustion (because the 100% combustion end position in the ROHR is unclear) (FIG. 8A). This time is defined as the total combustion period Mat. Another combustibility can be determined by using the time from the MD 'to the end of the 95% combustion (FIG. 8B). This time is measured and defined as the main combustion time Mat-MD '. The flammability can be evaluated at these times. That is, the shorter the time, the better the combustibility. That is, a fuel with a long combustion time has poor combustibility.
図13に、軽油を同装置で1時間及び2時間処理したものの、評価結果を示す。全燃焼期間Matは、処理前に17.45msであったが、1時間処理後では17.25ms、2時間処理後では15.90msとなり、燃焼性が向上することがわかる。また、主燃焼時間Mat−MD’は、それぞれ、7.76ms、7.94ms、6.95msとなり、処理の効果が現れている。また後燃え期間は、6.6ms、6.15ms、5.3msと短縮の効果が現れている。 FIG. 13 shows the evaluation results of light oil processed for 1 hour and 2 hours using the same apparatus. Although the total combustion period Mat was 17.45 ms before the treatment, it was 17.25 ms after the 1-hour treatment and 15.90 ms after the 2-hour treatment, indicating that the flammability is improved. Further, the main combustion time Mat-MD 'is 7.76 ms, 7.94 ms, and 6.95 ms, respectively, and the effect of the processing appears. The post-burning period is shortened to 6.6 ms, 6.15 ms, and 5.3 ms.
以上のように、本発明の処理方法は、廃水、汚水等の水系の流体(又は液体)だけでなく、軽油、ガソリン、その他の炭化水素、或いは他の有機物からなる流体(又は液体)に対して適用することができる。また、処理後の流体は、それぞれに好ましい評価を得ている。そのメカニズムは、必ずしも明確ではないが、ナノバブルの発生により、流体内に、酸素等の気体成分がより多く保有されるために生じると考えられる。従って、過酸化水素発生装置等のイオン化処理装置や安定イオン化処理装置により、より多くの気体成分を含ませるようにすることができる。 As described above, the treatment method of the present invention applies not only to water-based fluids (or liquids) such as waste water and sewage but also to fluids (or liquids) made of light oil, gasoline, other hydrocarbons, or other organic substances. Can be applied. Moreover, the fluid after a process has obtained favorable evaluation for each. The mechanism is not necessarily clear, but is considered to be caused by the fact that more gas components such as oxygen are retained in the fluid due to the generation of nanobubbles. Therefore, more gas components can be included by an ionization processing device such as a hydrogen peroxide generator or a stable ionization processing device.
10 超微細気泡発生装置
11、60 超微細気泡発生装置(制御手段を省略)
12 高圧ポンプ
14 イオン化手段
15 イオン化処理装置
16 噴射手段
18 制御手段
20 バルブ
28、28’、128、228 高圧インジェクタ
30 メインパイプ
34、35、36、37、134、135、136 噴射ノズル
34b、35b、36b、37b、134b、135b、136b 噴射線
40 セラミックス・ボール
42 セラミックス・リング
50 安定イオン化装置
100 貯留部
134b、135b、136b 噴射線
200、200’、220 所定の小領域
210、210’、230 所定の領域
10
12 High-
Claims (6)
前記高圧流体である液体を5MPa以上に加圧する工程と、
加圧された前記高圧流体である液体を0.2から2mmの噴射口径及び20から50mmの長さをそれぞれ備える3以上のノズルであって、それぞれの噴射孔が30mm以下の球形状の領域内に配置されるが、前記3以上のノズルから噴射する工程と、を含み、
前記高圧流体である液体の噴射により形成される3以上の噴射線が、前記原流体の前記噴射口径の2倍以下の長さを直径とする球形の小領域内を通過し、いずれか2つの噴射線が前記所定の小領域内で所定の交差点で交差するときに、それ以外の噴射線のいずれも該交差点を通過しないように、それぞれの噴射線の方向を異ならせ、前記3以上の噴射線は、共通する噴射方向成分を有し、これらの噴射方向成分により、前記源流体に流れを生じさせることを特徴とする超微細気泡発生方法。 By injecting a liquid which is high-pressure body in the original fluid consisting treated Ru liquid a ultrafine bubble generation method of generating ultrafine bubbles,
A step of pressurizing the liquid which is the high-pressure body than 5 MPa,
A 3 or more Nozzle obtaining Bei length of pressurized 50mm from the high-pressure body injection port diameter and 20 liquid from 0.2 2 mm of a respective, following spheres each injection hole is 30mm are arranged in the region of the shape, and a step of injecting et al or the three or more nozzles,
The three or more injection lines formed by the ejection of the liquid is high-pressure body, passes through the small area of the sphere to 2 times the diameter length of the ejection aperture of the original fluid, either 2 When two injection lines intersect at a predetermined intersection in the predetermined small area, the direction of each of the injection lines is changed so that none of the other injection lines pass through the intersection, and the three or more The jet line has a common jet direction component, and a flow is generated in the source fluid by the jet direction component, and the method for generating ultrafine bubbles is characterized in that:
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