JP3749156B2 - Liquid quality reformer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴流発生室を利用して異質の液体と流体の混合撹拌を行う液質改質装置に関する。更に詳しくは、噴流発生箱に液体を噴射させるノズルに加え、気体、液体等の流体を供給するための流体供給管をノズル取り付け面と異なる他の面に設けて、液体と流体の混合・攪拌、乳化、液体の改質、液体の浄化等を行う液質改質装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近は、環境保全の観点から生活環境をよくするため、湖や沼等の水質を浄化することが多く通常に行われるようになっている。そのための水質浄化装置が種々提案されている。従来から一般的に行われているのは、循環ばっ気を伴う対流式のものが多い。この方式は、湖沼等の水をポンプにより汲み上げ、その水に水質を浄化させる要素を混入させ対象とする湖沼に戻す方式である。
【0003】
ダムや貯水池、湖沼等においては、しばしば酸素不足による水質悪化がもたらされており、溶存酸素の量を多くし湖沼等を元の状態に浄化し戻す方法も多くなされている。これに関連し、本出願人も特開2000−563号等でキャビテーションを発生させ、このキャビテーション流を渦流とすることで脱気、混合、撹拌、殺菌、殺虫、分解、乳化等を行い浄化する方法を提案している。最近は更に環境基準が厳しくなり、従来より更に効率のよい浄化方法が望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
キャビテーションによる浄化の方法は、特に殺菌に効果のある方法であり、水中のプランクトン、寄生虫、寄生虫卵等の破壊に威力がある。この方法による浄化装置を例えば海水魚の養殖場等に適用し海水浄化に使用する場合、キャビテーションのみでは水中の酸素がどうしても不足になってしまうため、前述の特開2000−563号では、図12に示すように、キャビテーション噴流を発生させた流れの出口にエジェクターを取り付け、空気を自吸させるようにして海水を浄化させる方法が提案されている。
【0005】
この方法による装置は、加圧された液体を噴射してキャビテーションを発生するためのキャビテーション発生手段と、このキャビテーション発生手段から噴射された液体がジェット流として形成され、このジェット流が動的渦流になるように実質的に閉鎖された空間を備えた乱流発生手段と、この乱流発生手段から液体を排出するための排出口を備えたものである。
【0006】
図12において概略説明すると、海水の改質に適用した装置であるが、乱流発生箱61は扁平の長方体状をなしている。この乱流発生箱61内は乱流発生室62になっていて、キャビテーションが発生し易く渦流の流れを円滑にするため湾曲部63を構成している。加圧された海水は、矢印の方向から噴射ノズル66を介して乱流発生室62に噴射される。乱流発生室62に噴射された海水は、キャビテーション気泡及び渦流等の乱流を発生させる。
【0007】
このキャビテーション作用により、海水中のアンモニア、二酸化炭素、塩素、酸素等を脱気する。更に、海水中の魚の寄生虫、寄生虫の卵、幼虫、大腸菌等を破壊、殺菌、殺虫する。このキャビテーション処理された海水は、吐出ノズル69から吐出負圧で空気管71を介して矢印の方向より大気中の空気を吸い込み海水と混合される。
【0008】
このような構成の装置はそれなりに従来より効果のあるものであるが、空気管71を介して空気を吸入するこのエジェクター方式は、気体の溶解効率が低いので必ずしも効率良く溶存酸素濃度を高めるものとはならず、更に効率のよい方法が嘱望されていた。本発明は、この装置を更に発展させ改良を加えたもので、前述のような社会環境や技術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような目的を達成する。
【0009】
本発明の目的は、噴流発生室によりキャビテーション泡をより多くしてプランクトン等の水中有機物の破壊、殺菌を行い水の浄化を効率的に行う液質改質装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、どのような水質の水に対しても噴流を微細な気泡にし、溶存酸素濃度を高め効率のよい浄化が行える低コストの液質改質装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するめたの手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明1の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記ノズルの開口の有効直径をD1で表すと、前記噴流は長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に噴射され、前記渦流の発生条件として、D1<H、且つ、W/H>4,であり、前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌することを特徴とする。
【0011】
本発明2の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために前記液体を噴射するたに設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記内部空間の長手方向の長さをL1とし、前記ノズルの開口の有効直径をD1で表すと、前記渦流の発生条件として、D1<H、W/H>4,且つ、H<L1、の関係にあり、前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌することを特徴とする。
【0012】
本発明1又は2の前記ノズルから噴射される液体は、海水、真水等の常温で液体である。前記流体供給管に供給する前記流体は、前記ノズルから噴射される液体とは異なる海水、真水等の常温で他の液体を意味し、又は空気、酸素等の常温で気体を意味する。流体供給管へ供給される流体は、流体加圧装置で加圧された流体、又は加圧されていない流体を自吸させて供給するものであっても良い。
【0013】
本発明3の液質改質装置は、本発明1の液質改質装置において、前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をD1で前記上流側流路の前記有効直径をD2で表し、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、L/D2≧5,且つ、D1/D2≧2であると良い。
【0014】
本発明4の液質改質装置は、本発明1の液質改質装置において、前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をD1で前記上流側流路の前記有効直径をD2で表し、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、L/D2≧8,且つ、4≧D1/D2≧3であっても良い。
【0015】
本発明5の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記ノズルは下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記下流側流路の有効直径をD1で前記上流側流路の有効直径をD2で表し、噴出される流れは長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に射出され、前記渦流の発生条件として、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、D1<H,且つ、W/H>4であり、前記渦流の発生条件として、L/D2≧5,且つ、D1/D2≧2であることを特徴とする。
【0016】
前記各発明の前記流体は、エアー、酸素、及びオゾンで選択されるいずれかの1以上の気体を供給すると良い。更に、前記流体供給管は、2つ以上設けられると良く、噴射される液体の条件により最適な数のノズルを取り付ければよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図1は、本発明の液質改質装置の実施の形態である液質浄化装置1の正面断面図であり、図2はその側面断面図である。キャビテーションを発生させるためのノズル形状の条件については、特開2000−563号にその詳細が記載され、かつ他の文献等でも公知であるので、詳細な説明は省略する。
【0019】
本実施の形態の液質浄化装置1の基本となる部分は、噴流発生箱2(本明細書では噴流発生函ともいう。)と液体を噴射させキャビテーションを発生させる第1のノズル3、および噴流発生箱2の側面4に設けられ流体を噴流発生箱2内に噴射された噴流5に向けて供給する第2のノズル6(「流体供給管」とも称する。)とから構成されている。
【0020】
本実施の形態においては、第1のノズル3は、噴射方向に段差を有する構成のものであり液体を噴射するとキャビテーションを発生させる。本実施の形態の液質浄化装置1のシステムは、この噴流発生箱2に液体を第1のノズル3に供給するための液体供給装置7と、流体、又は気体を第2のノズル6に供給するための流体供給装置8が配管を介して接続されている。又、噴流発生箱2内で発生した噴流は、渦流を伴ったもので微細な気泡に形成され、キャビテーションで破壊、殺菌された残骸を含み排出口9よりこの噴流発生箱2外の海水等に排出される。
【0021】
噴流発生箱2の中の内部空間Vは、概ね、扁平な直方体である。扁平の物理的・幾何学的意義は、後に詳述する。内部空間Vの中心点を通る長手方向の中心線CLを軸心線とする噴流発生箱2は、外見も概ね直方体形状であり、6面壁を備える。図1の噴流発生箱2の内部空間を表す断面を図3及び図4に示す。図4は図3のX−X線断面図である。噴流発生箱2の一壁面に、直径がD1である噴流穴10が設けられている。
【0022】
噴流穴10は、キャビテーション発生部に一致している。キャビテーション発生部である噴流穴10の軸心線は長手方向中心線CLに一致している。この噴流穴10と連通している軸線方向液体導入孔11に液体供給装置7から高圧の液体が供給される。噴流5が噴射される内部空間Vは、その幅が図に示すWであり、その高さがHであり、その長さL1は特に規定はされていない。内部空間Vの長さ方向は、噴流穴10の軸心線方向として定義される。
【0023】
また、内部空間Vの高さH、噴流穴の直径D1、軸線方向液体導入孔11の直径D2が、更に、噴流の流れ方向に対して直角方向に加圧された流体を供給するための流体供給孔12(本明細書では、「第2のノズル」ともいう。)の直径D3が図に概念化されて配置されている。
【0024】
噴流穴10と軸線方向液体導入孔11とで、キャビテーション発生用ノズルとして第1のノズル3が形成されている。又、この第1のノズル3の取り付け面に対して直角な方向の幅広の側壁4に第2のノズル6が噴流5の渦に対応して2箇所に設けられている(図2参照)。この噴流5は渦流となっていて、通常1個からなる渦中心核5aを有する。
【0025】
この渦中心核5aは空隙状態となっていて、噴射される液体の中心線(内部空間Vの長手方向の中心線でもある。)CLから外れ内部空間V内を移動してたえず揺動するかの如く位置を変えている。この最も渦流が発生する確率が高い2箇所の位置に2本の第2のノズル6を固定配置し、渦流の渦中心核5aに向けて流体を流体供給装置8から供給するようにしている。
【0026】
流体は、空気、酸素、オゾン等の気体であるが、用途によっては、液肥、農薬等の液体であっても良く、更に薬品等を混入したミスト状の気体と液体を混合したものであってもよい。この流体を渦中心核5aに向けて供給することで噴流5を壁側にもたらしコアンダ効果を促す。噴流5が壁際に沿って流れることで噴流5は一層撹拌混合し発生した気泡はせん断される。キャビテーションによる超音波の影響等による破壊とコアンダ効果が相乗して噴流5は一層微細化され、液体内の細菌等の殺菌効果も生じることになる。
【0027】
次に構造的な特徴について説明する。内部空間Vは、第1のノズル3に相当する入口および第2のノズル6の入口と排出口9とで部分的に開放されているが、高圧流体が導入される内部空間Vは、実質的に閉じられた空間として扱うことができる。即ち、直方体状の内部空間Vを形成する6面壁は、液体の境界を規定している。キャビテーション発生条件は、一般的に知られるように、特に液体が水であれば、L/D2≧5、で表現できる。
【0028】
Lは、噴流穴10の軸方向長さである。この関係は、液体の粘性抵抗にあまり影響されない。このような関係は、従来、キャビテーション発生を抑制するために研究されてきた関係(逆関係)である。積極的にキャビテーションを発生させるためには、好ましくは、L/D2≧8、である。更に、キャビテーション発生条件は、次の関係を充足しなければならない。
【0029】
D1/D2≧2。この関係も従来はキャビテーション発生抑制のため研究されてきた関係(逆関係)である。積極的にキャビテーションを発生させるためには、好ましくは、4≧D1/D2≧3。キャビテーション発生の条件を定性的にいうと、狭いところから広い空間に急激に拘束高圧流体が流れることである。即ち、水流に空虚な水のない部分が生ずる現象をいう。
【0030】
一般に水力機械等において、キャビテーションは振動や材料の腐食、破損をもたらすので避けなければならないが、本実施の形態の液質浄化装置1においては、水の殺菌等に積極的にこの現象を利用するものである。ベルヌーイの定理が成立するところでは、キャビテーションは当然発生しない。キャビテーション流は、更に、台風のように流体が渦流化する場合に広域で生じる。
【0031】
噴流穴10の出口を出たところの噴流の渦中心核5aの近傍で誕生した無数の気泡(キャビテーション)は、やがて消滅する。渦流が生じておれば、気泡の誕生が持続する。渦のせん断力により気泡が他の気泡を生むための種になる。即ち、噴流穴10から発生する気泡が種になって渦中で気泡を再生産する。渦の発生条件は、噴流流発生部を構成する空間の大きさが、D1<H、且つ、W/H>4、である。
【0032】
即ち、高さHが大きいと、渦はそれが一旦発生しても持続せずすぐに破壊されて消滅する。角運動量を有する渦は、立体空間では安定せず平面内で安定するからである。このような渦の中心領域は、後述するように、高さ方向に直交する平面内で概ね内部空間Vの全体で上下2面壁を除く4面壁に沿うように周回運動する。即ち、内部空間V内の液体全体は、その一部が排出口9から排出されながら、渦中心核5aの回転速度に比べゆっくりした速度の角運動量を持つ。
【0033】
渦流を伴う噴流を発生させる構成の内部空間Vは、概ね扁平であれば効果的である。液体のみの噴流穴10を気体も導入する複式ノズルに置き換え、キャビテーション流の中に空気泡を混入させてもよい。キャビテーションが生じている状況では、気泡の周辺領域で圧力勾配は空間的に非常に大きくなり、キャビテーション泡の近傍で液中に溶解している物質の分解・分離、混合・乳化・撹拌、気体の分離、逆に酸素等の気体の溶解等も促進させることもできる。
【0034】
本実施の形態は、噴流5の渦中心核5aに空気等の流体を供給するものである。この供給により、渦流は一層渦化され微細な気泡を多く発生させることができる。この渦流の構成は、図1に示すように渦は中心部を有してどちらかに寄り発生し、幅の広い壁面に沿って矢印の方向に回転運動した状態となっている。渦流の渦中心核5aは移動するが、その最も効果的な位置にある渦中心核5aに向けて流体を噴出させる。
【0035】
本実施の形態では、2箇所に第2のノズルを設ける構成にしたが、2箇所に限定されることはない。1つであってもよく、2つ以上であってもよい。この噴出に伴い、渦の中心を壁面側に導きコアンダ効果渦中心領域に空気を吸引させ、更に渦発生を促す。このことにより、発生したキャビテーションの衝撃力で殺菌やプランクトンの破壊等を行い、更に、コアンダ効果により撹拌・混合することによるせん断力で、キャビテーションの衝撃力と合わせ微細な気泡を多く発生させることができる。
【0036】
図5及び図6は、第1のノズルの形状を変えた変形例を示している。図6は図5の側面図である。液体供給装置7と流体供給装置8は図1及び図2に示す実施例のものと同一なので省略している。この例の場合、軸線方向液体導入孔11から噴出穴10にかけてテーパ状にしたものである。この場合も図1及び図2に示すものと同様に、キャビテーションを発生させることでは同じ機能を示すものであり、同じ効果が得られる。
【0037】
図7は、図3と同様に、図5及び図6の内部空間の寸法関係を示した模式的な断面図である。図8及び図9は、キャビテーションを抑えるタイプに適用した例を示していて、図9は図8の側面図である。第1のノズル3は段差形状、又はテーパ形状となっていない。軸線方向液体導入孔11のみで流体供給用のノズルを構成している。この第1のノズル3を介して噴射される噴流は、殺菌効果では劣る構成ではあるが、液体中の融存酸素量を増やす点では有効である。むしろ殺菌作用を避けるような限定された使用用途に適用できる。
【0038】
前述のコアンダ効果は、流体が壁に引き寄せられる現象をいい、噴流においては、ウオータージェットが内部空間Vの壁に引き寄せられ渦を発生させる。更に、噴流では渦が左右交互に揺動する発振現象が伴う。このコアンダ効果を図10によって更に説明する。図に示す噴流発生箱20は、扁平の長方体状のものであり、基本的に図1と同様な構成と考えてよい。この10図に示す実施の形態では、長手方向が鉛直になるように配置されている。噴流発生箱20の上面には、加圧された海水等をポンプユニット26から供給し下方に噴射する噴射ノズル21が固定されている。
【0039】
噴射ノズル21は、断面が円筒の環状空間である。噴流発生箱20の内部には区画された噴流発生室22が形成されている。噴流発生室22の内部空間Vは、3次元の箱状の空間で扁平であり、空間の概ねの高さをHで、それの概ねの幅をWで表し、鉛直(垂直)方向の長さをL1とし、噴射ノズル21の開口の有効直径をD1とすると、概略すると前述のように、渦流の発生条件として、D1<H、W/H>4、且つH<L1の関係にある。ただし、前記関係に加えてW<L1の関係にあるものが好ましい。噴射ノズル21から噴出された主噴流23は、鉛直方向で内部空間Vの概ねの中心線の方向に噴射される。
【0040】
主噴流23が噴射されると、噴流発生室22の8隅にはコアンダ効果により低圧渦である付着渦24が発生し、主噴流23には付着噴流が発生する。噴流発生室22には、図10に示したような主噴流23は、2方向のいずれかに分かれて流れるが、この流れは不安定であるので、他方の流れに切り替わる。即ち、主噴流23は不安定であり、図10に示す紙面と平行な面内で揺れながら流れが発生することになる。
【0041】
これらの噴流は、海水と気体(酸素、空気等)、海水と薬品等の液体、水と気体、水と液体(液肥、農薬等)等のように、液体と気体、又は液体を均一に混合・攪拌、乳化、液体の改質、液体の浄化等を行う機能がある。内部空間Vで微細化された気泡(大部分は、消滅している。)を含む噴流は、排出口27より海水等に戻される。
【0042】
コアンダ効果は、前述した寸法条件でなくてもその効果はあるが、好ましくは前述した形状条件にすれば、図に示すように内部空間に渦流の伴った噴流が発生し効果的である。この噴流はいずれかの方向に片寄った流れになり、交互に揺動する。図10には、噴射ノズル21の中心に空気吸入管25が配置されているが、これは噴射ノズル21から噴射される海水等の負圧により空気を大気中から引き込むためのものである。前述の複式ノズルに相当し、前述のような効果がある。
【0043】
図10には示していないが、この図の状態で側壁に第2のノズル6を設けることにより、前述した実施の形態と同様の構成を備えている。供給される空気等により噴流5の流れは壁側に吸引され付着渦が発生する。内部空間Vはキャビテーション現象とコアンダ効果の入り交じった複雑な渦乱流となっている。
【0044】
[本実施の形態の作用]
以上詳記したように、渦流の伴った噴流の流れを内部空間V、噴流発生室22に発生させることにより、前述したように海水中のアンモニア、二酸化炭素、塩素、酸素等を脱気する。更に、海水、真水中の魚の寄生虫の卵、幼虫、大腸菌等を破壊、殺菌、殺虫する。
【0045】
特に、キャビテーションを発生することができる第1のノズル3を備えたものは、従来破壊が困難であった寄生虫の卵も完全に破壊でき殺菌効果を高めた上、海水、真水の浄化に際しても気泡を微細化することができ溶存酸素濃度を高めることとなり、従来に比べその機能は大きく向上した。
【0046】
本実施の形態は海水、真水を浄化することで説明したが、具体的には海水の陸上、又は海上での養殖水の浄化、淡水の養殖場の浄化、池、ダム、湖沼等での溶存酸素量の増加、これらの場所での寄生虫、寄生虫卵の不活、アオコ、赤潮、大腸菌等の除去、殺菌等に適用できる。更には、水と油の乳化、汚染水に空気を吹き込んでこの中の揮発性有機物の除去等にも適用できる。
【0047】
図11は、本発明を適用したシステム例を示すものであり、海水浄化システムである。海水等に筏30を浮かべ、この筏30に本発明の液質浄化装置1の噴流発生箱2及び関連するポンプユニット31,酸素濃縮機32,発電機33等の機材を搭載したものである。図の吸い込み口34から海水を汲み上げ、ポンプユニット31を介して噴流発生箱2の第1のノズルに海水を供給し、酸素濃縮機32から酸素を第2のノズルに供給して前述の処理過程を経て海水を浄化し、再び排出口35から処理水として汲み上げ位置と異なる場所に放出するシステムである。例えば、海水中のプランクトンを破壊し、同時に酸素を溶解させるシステムである。
【0048】
[その他の実施の形態]
以上詳記したように本発明は、種々な形態のシステムに適用することが可能である。従って、実施例の記載内容に限定されないことはいうまでもない。例えば、流体供給管6は、ポンプで加圧した流体(空気、酸素、液体等)を供給するものであったが、流体供給管6は負圧であるので、流体を加圧するポンプ装置に接続することなく単に流体供給管6を配置し、空気、酸素等を自吸させるものでも良い。
【0049】
また、流体供給管6は、主噴流の流れ方向に直角方向に向けて流体を噴出させる構成としたが、傾斜させて固定して、供給するものでもよい。また、前述した以外の用途としては、水と油の乳化、食品類の攪拌・混合にも使用できる。
【0050】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の液質改質装置は、液体にキャビテーションを発生させ、その渦流に側面の壁面から空気、酸素、オゾン等の気体、又は液肥、薬品等の液体を供給することにより、殺菌効果を高めたり、液体中に酸素等の気体、又は異質な液体の濃度を高めるための混合攪拌装置としての機能も果たす。また、本発明は、簡素な形状の内部空間を有し、キャビテーションを発生させコアンダ効果を有する極めてコストの低い液質改質装置となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第1のノズルが段差形状を示したものである。
【図2】図2は、図1の側面断面図である。
【図3】図3は、図1の内部空間の寸法関係を示す正面断面図である。
【図4】図4は、図3のX−X断面図である。
【図5】図5は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第1のノズルがテーパ形状を示したものである。
【図6】図6は、図5の側面断面図である。
【図7】図7は、図5の内部空間の寸法関係を示す正面断面図である。
【図8】図8は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第1のノズルが軸方向液体導入穴のみの形状を示したものである。
【図9】図9は、図8の側面断面図である。
【図10】図10は、コアンダ効果による噴流発生状態を示す噴流発生箱の断面図である。
【図11】図11は、本発明の液質改質装置を適用した浄化システムの説明図である。
【図12】図12は、従来の乱流発生装置の断面図である。
【符号の説明】
1…液質浄化装置
2…噴流発生室
3…第1のノズル
5…噴流
5a…渦中心核
6…流体供給管
7…液体供給装置
8…流体供給装置
9…排出口
10…噴流穴
11…軸方向液体導入孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid quality reformer that performs mixing and stirring of a heterogeneous liquid and fluid using a jet generation chamber. More specifically, in addition to the nozzle that injects the liquid into the jet generation box, a fluid supply pipe for supplying a fluid such as gas or liquid is provided on another surface different from the nozzle mounting surface to mix and agitate the liquid and fluid. The present invention relates to a liquid quality reformer that performs emulsification, liquid reforming, liquid purification, and the like.
[0002]
[Prior art]
Recently, in order to improve the living environment from the viewpoint of environmental conservation, the quality of water such as lakes and swamps is often purified. Various water purification apparatuses for this purpose have been proposed. Conventionally, there are many convection types that are accompanied by circulating aeration. This method is a method of pumping water from a lake or the like with a pump, and mixing the element for purifying water into the water to return it to the target lake.
[0003]
In dams, reservoirs, lakes, etc., water quality is often deteriorated due to lack of oxygen, and there are many ways to increase the amount of dissolved oxygen and return the lakes to their original state. In this connection, the present applicant also generates cavitation according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-563 and the like, and purifies the cavitation flow by degassing, mixing, stirring, sterilizing, insecticidal, decomposing, emulsifying, etc. Proposed method. Recently, environmental standards have become stricter, and a more efficient purification method is desired.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The purification method by cavitation is particularly effective for sterilization, and is effective in destroying plankton, parasites, and parasite eggs in water. When the purification apparatus according to this method is applied to, for example, a seawater fish farm and used for seawater purification, oxygen in the water inevitably becomes insufficient only by cavitation. Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-563, FIG. As shown, a method has been proposed in which an ejector is attached to an outlet of a flow that has generated a cavitation jet to purify seawater by allowing air to self-suck.
[0005]
In the apparatus according to this method, cavitation generating means for injecting pressurized liquid to generate cavitation, and the liquid injected from the cavitation generating means is formed as a jet flow, and the jet flow is converted into a dynamic vortex flow. A turbulent flow generating means having a substantially closed space and a discharge port for discharging liquid from the turbulent flow generating means are provided.
[0006]
Schematically described in FIG. 12, the turbulent
[0007]
By this cavitation action, ammonia, carbon dioxide, chlorine, oxygen, etc. in the seawater are degassed. Furthermore, it destroys, sterilizes and kills fish parasites, parasite eggs, larvae, Escherichia coli, etc. in seawater. The cavitation-treated seawater sucks air in the atmosphere from the
[0008]
The apparatus having such a configuration is more effective than before, but this ejector system that sucks air through the
[0009]
An object of the present invention is to provide a liquid quality reformer that efficiently purifies water by destroying and sterilizing underwater organic substances such as plankton by increasing cavitation bubbles in a jet generating chamber.
Another object of the present invention is to provide a low-cost liquid quality reforming apparatus that can make the jet flow into fine bubbles for any water quality, increase the dissolved oxygen concentration, and perform efficient purification. .
[0010]
[Means to solve the problem]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The liquid quality reforming apparatus according to the first aspect of the present invention includes a jet generation box that generates a jet in which the supplied liquid is a vortex, a liquid supply apparatus that supplies a pressurized liquid to the jet generation box, and the jet generation box Interior space For injecting the liquid onto the wall of the jet generation chamber With the nozzle provided in In the liquid quality reformer comprising Another wall surface different from the wall surface for supplying fluid to the internal space in a direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle and corresponding to the vortex central core of the vortex The jet generation box The internal space (V) of the fluid supply pipe and the jet generation chamber is flat in a three-dimensional box-shaped space, and the general height of the internal space is H and the general width is W. When the effective diameter of the opening of the nozzle is represented by D1, the jet is jetted in the direction of the center line of the internal space in the length direction, and as a condition for the generation of the vortex, D1 <H, And W / H> 4. The The fluid is supplied from the fluid supply pipe to the vortex central core, the jet is formed, and the liquid and the fluid are mixed and stirred.
[0011]
The liquid quality reforming apparatus according to the second aspect of the present invention includes a jet generation box that generates a jet in which the supplied liquid is a vortex, a liquid supply apparatus that supplies a pressurized liquid to the jet generation box, and the jet generation box Interior space For injecting the liquid onto the wall of the jet generation chamber A nozzle provided for injecting the liquid into In the liquid quality reformer comprising Another wall surface different from the wall surface for supplying fluid to the internal space in a direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle and corresponding to the vortex central core of the vortex The jet generation box The internal space (V) of the fluid supply pipe and the jet generation chamber is flat in a three-dimensional box-shaped space, and the general height of the internal space is H and the general width is W. Where the length of the internal space in the longitudinal direction is L1, and the effective diameter of the opening of the nozzle is represented by D1, the generation conditions of the eddy current are D1 <H, W / H> 4, and H < In relation to L1, The The fluid is supplied from the fluid supply pipe to the vortex central core, the jet is formed, and the liquid and the fluid are mixed and stirred.
[0012]
Of the
[0013]
The liquid quality reformer of the
[0014]
The liquid quality reformer of the
[0015]
The liquid quality reforming apparatus according to the fifth aspect of the present invention includes a jet generation box that generates a jet in which the supplied liquid is a vortex, a liquid supply apparatus that supplies a pressurized liquid to the jet generation box, and the jet generation box In a liquid quality reformer comprising a nozzle provided for injecting the liquid onto the wall surface of the jet generation chamber that is the internal space of the nozzle, in a direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle, And corresponding to the vortex central core of the vortex flow, a fluid supply pipe provided in the jet flow generation box on the other wall surface different from the wall surface for supplying fluid to the internal space, and the internal space of the jet flow generation chamber (V) is flat in a three-dimensional box-like space, The nozzle is composed of a downstream flow path and an upstream flow path, and has a shape that generates a vortex by cavitation. The general height of the internal space is H, and the general width is W. The downstream flow path The effective diameter of the upstream flow path is represented by D1 and the effective flow diameter of the upstream flow path is represented by D2, and the ejected flow is ejected in the direction of the center line of the internal space in the length direction. When the effective length of the downstream flow path is represented by L, the vortex generation conditions are D1 <H and W / H> 4, and the vortex generation conditions are L / D2 ≧ 5. In addition, D1 / D2 ≧ 2.
[0016]
Each of the above inventions The fluid is one or more gases selected from air, oxygen, and ozone. Supply Good. Further, two or more fluid supply pipes may be provided, and an optimum number of nozzles may be attached depending on the condition of the liquid to be ejected.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a
[0019]
The basic part of the
[0020]
In the present embodiment, the
[0021]
The internal space V in the jet
[0022]
The
[0023]
Further, a fluid for supplying a fluid in which the height H of the internal space V, the diameter D1 of the jet hole, and the diameter D2 of the axial
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The fluid is a gas such as air, oxygen or ozone, but depending on the application, it may be a liquid such as liquid fertilizer or agricultural chemical, and it is a mixture of mist-like gas mixed with chemicals and liquid. Also good. By supplying this fluid toward the
[0027]
Next, structural features will be described. The internal space V is partially opened at the inlet corresponding to the
[0028]
L is the axial length of the
[0029]
D1 / D2 ≧ 2. This relationship is also a relationship (reverse relationship) that has been studied to suppress the occurrence of cavitation. In order to positively generate cavitation, preferably 4 ≧ D1 / D2 ≧ 3. Qualitatively speaking, the condition of cavitation generation is that the confined high-pressure fluid flows suddenly from a narrow space to a wide space. That is, it refers to a phenomenon in which an empty portion without water is generated in the water flow.
[0030]
In general, in a hydraulic machine or the like, cavitation must be avoided because it causes vibration, corrosion of the material, and damage. However, in the
[0031]
Innumerable bubbles (cavitation) created in the vicinity of the
[0032]
That is, if the height H is large, the vortex does not last once it is generated but is immediately destroyed and disappears. This is because a vortex having an angular momentum is not stable in a three-dimensional space but stable in a plane. As will be described later, the center region of such a vortex circulates in a plane perpendicular to the height direction so that the entire inner space V substantially follows the four-surface wall except the upper and lower two-surface walls. That is, the entire liquid in the internal space V has an angular momentum with a slower speed than the rotational speed of the
[0033]
It is effective if the internal space V configured to generate a jet with a vortex is generally flat. The liquid-
[0034]
In the present embodiment, a fluid such as air is supplied to the vortex
[0035]
In the present embodiment, the second nozzle is provided at two locations, but the present invention is not limited to two locations. One may be sufficient and two or more may be sufficient. Along with this ejection, the center of the vortex is guided to the wall surface side, air is sucked into the Coanda effect vortex center region, and vortex generation is further promoted. This allows sterilization and destruction of plankton by the impact force of the generated cavitation, and furthermore, a lot of fine bubbles are generated by the shear force by stirring and mixing by the Coanda effect and combined with the impact force of the cavitation. it can.
[0036]
5 and 6 show modifications in which the shape of the first nozzle is changed. FIG. 6 is a side view of FIG. Since the
[0037]
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the dimensional relationship of the internal space of FIGS. 5 and 6 as in FIG. 8 and 9 show an example applied to a type that suppresses cavitation, and FIG. 9 is a side view of FIG. The
[0038]
The above-mentioned Coanda effect refers to a phenomenon in which fluid is attracted to a wall, and in a jet, a water jet is attracted to a wall of the internal space V to generate a vortex. Further, the jet is accompanied by an oscillation phenomenon in which the vortex is alternately swung left and right. This Coanda effect will be further described with reference to FIG. The jet
[0039]
The
[0040]
When the
[0041]
These jets are a uniform mixture of liquid and gas, or liquid such as seawater and gas (oxygen, air, etc.), seawater and chemicals, water and gas, water and liquid (liquid fertilizer, agricultural chemicals, etc.) -Has functions of stirring, emulsification, liquid modification, liquid purification, etc. The jet including fine bubbles (mostly disappeared) in the internal space V is returned to the seawater or the like through the
[0042]
The Coanda effect is effective even if it is not the dimensional condition described above. However, if the shape condition is preferably set as described above, a jet with a vortex flow is generated in the internal space as shown in the figure and effective. This jet flows in one direction and is swung alternately. In FIG. 10, an
[0043]
Although not shown in FIG. 10, by providing the
[0044]
[Operation of this embodiment]
As described in detail above, by generating a jet flow accompanied by a vortex in the internal space V and the
[0045]
In particular, the one provided with the
[0046]
Although the present embodiment has been described by purifying seawater and fresh water, specifically, the purification of cultured water on land or sea, purification of freshwater farms, dissolution in ponds, dams, lakes, etc. It can be applied to increase the amount of oxygen, parasites in these places, inactivation of parasite eggs, removal of sea cucumbers, red tides, E. coli, etc., and sterilization. Furthermore, it can be applied to emulsification of water and oil, removal of volatile organic substances in the air by blowing air into the contaminated water, and the like.
[0047]
FIG. 11 shows a system example to which the present invention is applied, and is a seawater purification system. A
[0048]
[Other embodiments]
As described above in detail, the present invention can be applied to various types of systems. Therefore, it goes without saying that the present invention is not limited to the description of the examples. For example, the
[0049]
Further, although the
[0050]
【The invention's effect】
As described in detail above, the liquid quality reformer of the present invention generates cavitation in the liquid and supplies air, oxygen, ozone, or other gas, or liquid fertilizer, chemical, or the like liquid from the side wall surface to the vortex. Thus, it also functions as a mixing and stirring device for enhancing the sterilizing effect and increasing the concentration of a gas such as oxygen or a foreign liquid in the liquid. In addition, the present invention has a very low cost liquid quality reforming apparatus having a simple internal space, generating cavitation and having the Coanda effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front cross-sectional view showing a jet generation box of a liquid quality reformer of the present invention, in which a first nozzle shows a step shape.
2 is a side sectional view of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a front sectional view showing a dimensional relationship of the internal space of FIG. 1;
4 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a front sectional view showing a jet generation box of the liquid quality reformer of the present invention, in which the first nozzle has a tapered shape.
FIG. 6 is a side cross-sectional view of FIG. 5;
7 is a front cross-sectional view showing the dimensional relationship of the internal space of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is a front sectional view showing a jet generation box of the liquid quality reforming apparatus of the present invention, in which the first nozzle shows the shape of only the axial liquid introduction hole.
FIG. 9 is a side cross-sectional view of FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a jet generation box showing a jet generation state due to the Coanda effect.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a purification system to which the liquid quality reformer of the present invention is applied.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional turbulent flow generator.
[Explanation of symbols]
1 ... Liquid purification device
2 ... Jet generation room
3 ... 1st nozzle
5 ... Jet
5a ... vortex core
6 ... Fluid supply pipe
7. Liquid supply device
8 ... Fluid supply device
9 ... Discharge port
10 ... Jump hole
11 ... Axial liquid introduction hole
Claims (7)
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記ノズルの開口の有効直径をD1で表すと、前記噴流は長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に噴射され、前記渦流の発生条件として、D1<H、且つ、W/H>4,であり、
前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌する
ことを特徴とする液質改質装置。A jet generating box that generates a jet in which the supplied liquid is swirled,
A liquid supply device for supplying pressurized liquid to the jet generation box;
A nozzle provided to inject the liquid onto a wall surface of a jet generation chamber which is an internal space of the jet generation box;
In the liquid quality reformer comprising
In the direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle, and in response to vortex central core of the vortex, the jet of the wall surface is different from other wall to supply fluid to the interior space A fluid supply pipe provided in the generation box ;
The internal space (V) of the jet generation chamber is a three-dimensional box-like space that is flat, the general height of the internal space is represented by H, and the general width is represented by W. When the diameter is represented by D1, the jet is jetted in the direction of the length and in the direction of the center line of the internal space, and the generation conditions of the vortex are D1 <H and W / H> 4. Oh it is,
The liquid quality reformer characterized in that the fluid is supplied from the fluid supply pipe to the vortex core, the jet is formed, and the liquid and the fluid are mixed and stirred.
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記内部空間の長手方向の長さをL1とし、前記ノズルの開口の有効直径をD1で表すと、前記渦流の発生条件として、D1<H、W/H>4,且つ、H<L1、の関係にあり、
前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌する
ことを特徴とする液質改質装置。A jet generating box that generates a jet in which the supplied liquid is swirled,
A liquid supply device for supplying pressurized liquid to the jet generation box;
A nozzle provided for injecting the liquid to inject the liquid onto a wall surface of a jet generation chamber which is an internal space of the jet generation box;
In the liquid quality reformer comprising
In the direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle, and in response to vortex central core of the vortex, the jet of the wall surface is different from other wall to supply fluid to the interior space A fluid supply pipe provided in the generation box ;
The internal space (V) of the jet generating chamber is a three-dimensional box-shaped space that is flat, the general height of the internal space is represented by H, the general width is represented by W, and the longitudinal direction of the internal space of the length and L1, to represent the effective diameter of the opening of the nozzle D1, as conditions for generating the vortex flow, D1 <H, W / H > 4, and, H <L1, the near relationship is,
The liquid quality reformer characterized in that the fluid is supplied from the fluid supply pipe to the vortex core, the jet is formed, and the liquid and the fluid are mixed and stirred.
前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をD1で前記上流側流路の有効直径をD2で表し、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、L/D2≧5,且つ、D1/D2≧2である
ことを特徴とする液質改質装置。In the liquid quality reformer according to claim 1 ,
The nozzle is composed of a downstream channel and an upstream side passage, a shape that generates a vortex cavitation, represents the effective diameter of the downstream flow paths D1 the effective diameter of the upstream passage in D2 When the effective length of the downstream flow path is represented by L, the vortex generation conditions are L / D2 ≧ 5 and D1 / D2 ≧ 2.
前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をD1で前記上流側流路の有効直径をD2で表し、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、L/D2≧8,且つ、4≧D1/D2≧3である
ことを特徴とする液質改質装置。In the liquid quality reformer according to claim 1 ,
The nozzle is composed of a downstream channel and an upstream side passage, a shape that generates a vortex cavitation, represents the effective diameter of the downstream flow paths D1 the effective diameter of the upstream passage in D2 When the effective length of the downstream flow path is represented by L, the vortex generation conditions are L / D2 ≧ 8 and 4 ≧ D1 / D2 ≧ 3. .
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間(V)は、3次元の箱状の空間で扁平であり、前記ノズルは下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記内部空間の概ねの高さをHで、概ねの幅をWで表し、前記下流側流路の有効直径をD1で前記上流側流路の有効直径をD2で表し、噴出される流れは長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に射出され、前記渦流の発生条件として、前記下流側流路の有効長さをLで表すと、前記渦流の発生条件として、D1<H,且つ、W/H>4であり、前記渦流の発生条件として、L/D2≧5,且つ、D1/D2≧2である
ことを特徴とする液質改質装置。A jet generating box that generates a jet in which the supplied liquid is swirled,
A liquid supply device for supplying pressurized liquid to the jet generation box;
A nozzle provided to inject the liquid onto a wall surface of a jet generation chamber which is an internal space of the jet generation box;
In the liquid quality reformer comprising
In the direction perpendicular to the flow direction of the jet generated by the nozzle, and in response to vortex central core of the vortex, the jet of the wall surface is different from other wall to supply fluid to the interior space A fluid supply pipe provided in the generation box ;
The internal space (V) of the jet flow generating chamber is a flat three-dimensional box-shaped space, and the nozzle is composed of a downstream flow channel and an upstream flow channel, and has a shape for generating vortex by cavitation, The general height of the internal space is represented by H, the general width is represented by W, the effective diameter of the downstream flow channel is represented by D1, the effective diameter of the upstream flow channel is represented by D2, and the jetted flow is length. When the effective length of the downstream flow path is expressed as L as the vortex generation condition, the vortex generation condition is D1 <H. W / H> 4, and the vortex generation conditions are L / D2 ≧ 5 and D1 / D2 ≧ 2.
前記流体は、エアー、酸素、及びオゾンから選択されるいずれかの1以上の気体であることを特徴とする液質改質装置。In the liquid quality reformer according to any one of claims 1 to 5 ,
The liquid quality reforming apparatus, wherein the fluid is one or more gases selected from air, oxygen, and ozone.
前記流体供給管は、2つ以上設けられていることを特徴とする液質改質装置。In the liquid quality reformer according to any one of claims 1 to 5 ,
The liquid quality reformer is characterized in that two or more fluid supply pipes are provided.
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