WO2017204255A1 - 液体処理装置 - Google Patents
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
Definitions
- the present invention relates to a liquid processing apparatus, and more particularly, to a liquid processing apparatus for processing water or a liquid obtained by mixing water with another substance.
- Ordinary water is in a state called a cluster in which a plurality of water molecules are linked together.
- the physical and chemical properties of water are changed by breaking down the clusters and making them smaller, or by separating them into independent single water molecules, and by separating the water molecules into hydrogen ions and hydroxide ions.
- a phenomenon different from the previous one appears, for example, the permeability and solubility are improved, and the oxidation-reduction potential is inclined toward the reduction side, resulting in an alkaline water quality.
- a ceramic containing SiO 2 , Al 2 O 3 , or Fe 2 O 3 is immersed in water in order to modify the water by reducing the water cluster.
- a method for discharging electrodes for 12 hours or more has been proposed, but the conventionally developed method for miniaturizing a water cluster requires a long time for cluster miniaturization and further has a processing capability. Compared to the power consumption, the power consumption is large, and many of the devices are large.
- the present invention reduces the redox potential when water is treated by miniaturizing water clusters and decomposing water into hydrogen ions and hydroxide ions, thereby obtaining alkaline water quality. It is possible to provide a liquid processing apparatus capable of generating an emulsion fuel that does not separate for a long time when a mixed liquid of water and fuel oil, particularly water and heavy oil, is processed. According to the apparatus, it is possible to eliminate the disadvantages of the conventional method.
- the liquid treatment apparatus according to the present invention is effective not only for treating water or a mixed liquid of water and fuel oil, but also for treating various liquids in which other substances are mixed with water, and reforms each into a useful liquid. It is possible.
- the liquid processing apparatus as described in claim 1 is an apparatus for processing water or a liquid obtained by mixing water with another substance as a processing target liquid, provided the filling of the ceramic containing ore to SiO 2, Al 2 O 3 which emits electromagnetic waves successive having a main vibration range to the frequency 0.3 ⁇ 3TH Z zone in the flow path of the treatment target liquid as a main component And an ultrasonic generator for irradiating ultrasonic waves toward the ceramic filling portion is provided so that the liquid to be processed passes through the ceramic filling portion. But it is characterized by being processed.
- the ceramic filling unit and the ultrasonic generator are disposed in a container that forms a flow path of the liquid to be processed. Introduced into the container from the ceramic filling section side, the treated liquid is treated by passing through the ceramic filling section, and treated with ultrasonic waves emitted from the ultrasonic generator, and the treated liquid. Is configured to be discharged out of the container from the ultrasonic generator side.
- the ceramic filling unit and the ultrasonic generator are disposed in a container that forms a flow path of the liquid to be processed.
- the introduced processing target liquid is processed by the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic generator, flows into the ceramic filler, and passes through the ceramic filler. Further, the liquid is further processed and the processed liquid is discharged from the ceramic filling portion side to the outside of the container.
- a flow path for fluid for cooling the ultrasonic generator is provided inside or outside the ultrasonic generator, and the flow path
- the liquid to be processed or the processed liquid is circulated, and when the flow path is outside the ultrasonic generator, a fluid having excellent electrical insulation properties such as air is circulated.
- the ceramic containing ore mainly composed of SiO 2 and Al 2 O 3 has the following components (component value is mass%) , The same shall apply hereinafter) or a gravel-like sintered body.
- Al 2 O 3 3.4 to 3.8%
- TiO 2 33.3 to 36.9%
- ZrO 2 11.3 to 12.7%
- Bentonite 24.7 to 27.3%, the balance being other oxides.
- a liquid to be processed that is, a liquid to be processed, is introduced into a container in which a ceramic filling unit and an ultrasonic generator are disposed, and the liquid to be processed is passed through the ceramic filling unit and the ultrasonic generator. Since the liquid can be processed, the processing does not take a long time without requiring a large-scale apparatus.
- the water cluster becomes finer as described above, and the water molecule contains hydrogen ions and water.
- the water molecule contains hydrogen ions and water.
- the liquid processing apparatus of the present invention is effective in the field of manufacturing soft drinks, chemicals, liquid seasonings, liquor, lotions, etc., and has water permeability and solubility by modifying the water itself.
- characteristics and applications such as drinking, cooking, bathing, animal and plant growth, fish and shellfish preservation, etc. Can be used.
- the liquid processing apparatus of the present invention uses water or a liquid obtained by mixing other substances in water as a processing target liquid, and is used for processing the processing target liquid.
- Water includes tap water, natural water, well water, etc., and water mixed with other substances means water and non-hydrophilic oil, especially mixed liquid of water and heavy oil or waste oil, water and hydrophilic Liquids such as ethanol and the like, and liquids in which water is one of the main ingredients (for example, alcoholic beverages and soy sauce).
- ores containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components that emit continuous electromagnetic waves having a main vibration region in the frequency 0.3 to 3 TH Z band in the flow path of the liquid to be processed ores containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components that emit continuous electromagnetic waves having a main vibration region in the frequency 0.3 to 3 TH Z band in the flow path of the liquid to be processed.
- Ceramic comprising ore of SiO 2, Al 2 O 3 which emits electromagnetic waves continuous with the main vibration range to the frequency 0.3 ⁇ 3TH Z (wavelength 100 [mu] m ⁇ 1 mm) as a main component, SiO 2, Al 2 O 3 Is a sintered body composed of ore containing other oxides and ZrO 2 , TiO 2, etc., and is used as a spherical or gravel of an appropriate size, or a mixture of these .
- Preferred components of the ceramic comprising ore to the SiO 2, Al 2 O 3 as a main component, SiO 2,: 16.6 ⁇ 18.6 %, Al 2 O 3: 3.4 ⁇ 3.8%, TiO 2 : 33.3 to 36.9%, ZrO 2 : 11.3 to 12.7%, bentonite: 24.7 to 27.3%, the balance is other oxides, and the most preferable component values are SiO 2,: 17.6%, Al 2 O 3: 3.6%, TiO 2: 35.1%, ZrO 2: 12.0%, bentonite: is 26.0%.
- the configuration of the liquid processing apparatus of the present invention includes, for example, a ceramic filling unit and an ultrasonic generator for irradiating ultrasonic waves toward the ceramic filling unit in a container in which a flow path of a liquid to be processed is formed.
- the liquid to be processed is processed by passing through the ceramic filling portion, and is further processed by ultrasonic waves.
- the ceramic filling unit and the ultrasonic generator do not necessarily need to be arranged in series, as long as the liquid to be treated can be continuously passed through the ceramic filling unit and the ultrasonic generator in the container. Good.
- the ultrasonic wave is not only directly irradiated to the ceramic filling part, but also the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic generator is indirectly applied to the ceramic filling part using a reflector such as a reflector. It is also possible to adopt a method of irradiating automatically.
- the ultrasonic generator is disposed outside the container and only the vibrator of the ultrasonic generator that generates ultrasonic waves is disposed. You may make it insert in a container and may irradiate an ultrasonic wave toward the ceramic filling part.
- a cooling fluid is circulated inside or outside the ultrasonic generator to cool the ultrasonic generator and suppress temperature rise so that it can withstand continuous oscillation. Is preferable.
- a preferred embodiment of the liquid processing apparatus of the present invention is provided with a ceramic filler 3 and an ultrasonic generator 8 in a container 1 that forms a flow path of a liquid to be processed.
- the treatment target liquid is introduced into the container 1 from the ceramic filling unit 3 side, and the introduced treatment target liquid is processed by passing through the ceramic filling unit 3, and the supersonic wave irradiated from the ultrasonic generator 8.
- the liquid is processed with sound waves, and the processed liquid is discharged from the ultrasonic generator 8 side to the outside of the container.
- Reference numeral 2 denotes an inlet for the liquid to be processed
- 9 denotes an outlet for the liquid to be processed
- 5 denotes a partition plate having a large number of holes through which the liquid to be processed passes
- 6 denotes a vibrator of the ultrasonic generator 8.
- the ceramic filling portion 3 may contain ceramic spheres or gravel as a group of layers, but in order to prevent unevenness of the flow path of the liquid to be treated, a large number of openings are formed in a honeycomb shape between the ceramic layers.
- the ceramic plate 4 which has can also be inserted.
- the ceramic constituting the ceramic filling portion 3 disposed in the front stage of the container 1 is SiO that emits a continuous electromagnetic wave having a main vibration range at a frequency of 0.3 to 3 TH Z (wavelength 100 ⁇ m to 1 mm). 2 , ores containing Al 2 O 3 as main components, as described above, SiO 2 , Al 2 O 3 as main components, ores containing other oxides, ZrO 2 , TiO 2, etc. It is blended and sintered and used as a sphere or gravel of an appropriate size.
- Ultrasonic waves are continuously irradiated from the transducer 6 of the ultrasonic generator 8 disposed at the rear stage of the container 1 toward the partition plate 5 disposed at a distance of several centimeters from the tip of the transducer 6. Is done.
- the ultrasonic waves are preferably irradiated directly toward the partition plate 5, but depending on the arrangement form of the ceramic filler 3 and the ultrasonic generator 8, the generated ultrasonic waves may be reflected using a reflector such as a reflector.
- a method of indirectly irradiating the ceramic filling portion may be employed, and direct irradiation and indirect irradiation may be used in combination.
- FIG. 1 illustrates an example in which four ultrasonic generators are installed in parallel
- the number of ultrasonic generators installed can be appropriately selected according to the size of the container 1, desired processing capability, and the like.
- the distance between the vibrator 6 and the partition plate 5 of the ultrasonic generator 8 is appropriately selected and determined according to the propagation state of the ultrasonic wave in the liquid to be treated.
- the processing target liquid is introduced from the inlet 2 of the processing target liquid in the container 1, and this processing target liquid is processed by passing through the ceramic filling unit 3 and is irradiated from the vibrator 6 of the ultrasonic generator 8. Treated with ultrasound. Specifically, the liquid to be treated passes through the ceramic filling unit 3 and is treated, and then travels toward the ultrasonic generator 8. The ultrasonic waves continue from the vibrator 6 of the ultrasonic generator 8 toward the partition plate 5. As a result, the treatment with ultrasonic waves proceeds, so that the processed liquid is almost completed when passing through the ultrasonic generator 8.
- a flow path for circulating the processed liquid is provided inside the ultrasonic generator 8, and the processed liquid is passed through the flow hole 7 into the flow path. It is preferable that the ultrasonic generator 8 is cooled by the treated liquid to suppress temperature rise and endure continuous oscillation. The treated liquid that has been treated is finally discharged out of the container from the outlet 9 of the treated liquid.
- a fluid flow path for cooling the ultrasonic generator is provided outside the ultrasonic generator, A fluid having excellent electrical insulation such as air can be circulated through the path.
- the liquid processing apparatus of the present invention shown in FIG. 1, it is basically provided with a container 1 in which a ceramic filling portion 3 is disposed at the front stage and an ultrasonic generator 8 is disposed at the rear stage.
- the ceramic filling unit 3 and the ultrasonic generator 8 may be arranged in parallel as a pair, or the pair may be arranged in series, or may be arranged in series and parallel.
- a liquid processing related apparatus can be arranged in the subsequent stage of the ultrasonic generator 8 or in front of the ceramic filler 3.
- the liquid processing related apparatus may be provided inside the container or outside the container.
- the ultrasonic generator 8 and its vibrator 6 are integrated, so that the central axes of the ceramic filling portion 3 and the ultrasonic generator 8 and the vibrator 6 are aligned with each other.
- the ceramic filling part is arranged in the front stage and the vibration part of the ultrasonic generator is arranged in the rear stage, the expected function can be exhibited, and the central axes of both do not necessarily match. It does not have to be.
- a ceramic filling unit and an ultrasonic generator are disposed in a container that forms a flow path of the liquid to be processed, and the liquid to be processed is on the ultrasonic generator side. Is introduced into the container, and the introduced processing target liquid is processed by the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic generator and flows into the ceramic filler, and further processed by passing through the ceramic filler. The finished solution is configured to be discharged out of the container from the ceramic filling portion side.
- the structure of the ceramic filling portion and the ultrasonic generator is the same as that in the above-described preferred embodiment, and the cooling of the ultrasonic generator 8 is preferably the same as described above.
- the liquid to be processed enters from the outlet 9 of the processed liquid positioned on the ultrasonic generator 8 side and is discharged from the inlet 2 of the liquid to be processed positioned on the ceramic filling unit 3 side. It is. Even in this embodiment, the processing efficiency is slightly reduced, but it can be practically used.
- the main reason is that, in the vicinity of the partition plate 5, coupled with the fact that the decomposition of the water cluster in the ceramic filling portion 3 is maximized in the vicinity of the partition plate 5 that receives the most vibrational energy transmission and reception. This is because it is the central part of the process for the liquid to be processed, and from which direction the liquid to be processed comes is because it does not greatly affect the efficiency of the process.
- a processing target liquid composed of water or a liquid obtained by mixing water with another substance is introduced into the container 1 from the inlet 2 of the processing target liquid provided in the container 1, and the ceramic layer filled in the ceramic filler 3. To the downstream partition plate 5.
- a ceramic sphere or gravel is a sintered body containing an ore having the ability to emit continuous electromagnetic waves having a main vibration range in the terahertz band (0.3 to 3 THz (wavelength 100 ⁇ m to 1 mm)).
- the water molecules in the treatment liquid are subjected to vibration with a wavelength of 100 ⁇ m to 1 mm by the electromagnetic waves radiated from the gravel.
- Water molecules form a cluster such as (H 2 O) n in which many water molecules gather due to hydrogen bonding, but the value of n is considered to be relatively easy and change in a short time. From the behavior, liquid water molecules can be regarded as a compound having an apparently large molecular weight.
- the generated frequency can decompose a cluster of mixed sizes, and the cluster decomposed by receiving electromagnetic waves becomes a small cluster having a smaller n value than before, or changes into an independent water molecule.
- part of hydrogen atoms constituting water is separated by applying ultrasonic vibrations or shocks to the refined or single water molecules, and part of the water consists of hydrogen ions and hydroxides. Decomposes into ions. As the separation and decomposition progresses, some of them become hydrogen molecules and oxygen molecules that dissolve in water, and some are released into the atmosphere. Therefore, hydroxide ions are left in the water, and the oxidation-reduction potential is lowered and the pH value is increased to become alkaline water quality.
- An ultrasonic generator 8 that generates an ultrasonic wave of about 20 KHz is installed on the downstream side of the partition plate 5 and is continuously irradiated from the vibrator 6 in the direction of the partition plate 5 with an interval of several centimeters. .
- This ultrasonic wave causes the ceramic spheres and gravel to obtain more vibration energy and radiate stronger electromagnetic waves.
- the cavitation generated in the liquid to be processed by the ultrasonic waves destroys the liquid to be processed, and the liquid to be processed is also subjected to actions such as generation of shock waves, partial high temperature and pressure, and stirring and dispersion.
- the ultrasonic generator disposed in the subsequent stage acts to further enhance the function of the ceramic filling section disposed in the previous stage, and the function of the ultrasonic generator is also added. Thus, more effective liquid treatment can be performed.
- the monomolecularized water molecules are small particles, so they are easy to disperse in the oil component, and ultrasonic waves can cause partial destruction of the oil.
- recombination proceeds, and in the process hydrogen ions, hydroxide ions or water molecules present in the surrounding are incorporated by covalent bonds or hydrogen bonds, and further hydrogen molecules and oxygen
- the molecule is dissolved and incorporated, and a normal W / O emulsion is also formed to have a structure different from that of the original oil component.
- a major feature is that it is not used at all.
- the fuel oil which is a treated liquid, has an increased calorific value and improved combustibility by restructuring the oil composition and becoming an oxygen-containing fuel containing oxygen inside. Is possible.
- Example 1 As shown in FIG. 1, the ceramic (SiO 2 , Al 2 O 3 ) that emits a continuous electromagnetic wave (terahertz wave) having a main vibration range at a frequency of 0.3 to 3 TH Z (wavelength 100 ⁇ m to 1 mm) A ceramic ball or gravel with a diameter of 8 to 15 mm formed by sintering ore or the like to be sintered is disposed in the front stage, and an ultrasonic generator 8 that generates ultrasonic waves of 20 KHz is provided in the rear stage. The tap water was treated using the containers 1 installed in parallel.
- a continuous electromagnetic wave terahertz wave
- the distance between the tip of the transducer 6 of the ultrasonic generator 8 and the partition plate 5 is about 5 cm, and a flow path 7 through which the treated liquid flows to the ultrasonic generator 8 is provided in each of the ultrasonic generators 8.
- the ultrasonic generator 8 can be cooled with the treated liquid.
- the redox potential and pH value of tap water before treatment and tap water after treatment are as shown in Table 1.
- the redox potential decreases and the pH value rises. It was confirmed that the water quality was alkaline.
- Example 2 Using the same liquid processing apparatus as in Example 1, a liquid in which tap water was mixed with fuel oil (heavy oil) was processed. The mixed solution was sufficiently mixed and then introduced into the liquid processing apparatus. About the emulsion fuel obtained after the treatment, the separation of oil and water was evaluated, and a combustion test (combustion time: 25 minutes) was performed using a warm air machine, and the exhaust gas temperature was measured to evaluate the calorific value. The evaluation results are shown in Table 2.
- the emulsion fuel obtained by the liquid processing apparatus of the present invention does not separate for a long time even if it is mixed with 35% water by volume, even after being left for 20 days. It was confirmed that a stable emulsion fuel was produced.
- the temperature rise value is substantially the same as that of the original heavy oil (crude oil) not mixed with tap water, and the obtained emulsion fuel has a volume of about 20 compared to the crude oil. Since it has increased by ⁇ 35%, it can be estimated that the total calorific value has increased even if the increase in fuel supply to the burner due to the decrease in viscosity is taken into account. Furthermore, it is a matter of course that the generation of carbon dioxide can be reduced as compared with crude oil.
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Abstract
水または水に他の物質が混合した液体を処理するための液体処理装置を提供する。水を処理した場合には、水の浸透性、溶解性等を向上させるとともに、水の分解を積極的に行うことによって水素イオン、水酸化物イオンなどを生じさせることができ、水に他の物質を混合した液体を処理した場合には、例えば水と燃料油の混合液であれば何らの添加剤を用いることなく長時間分離しないエマルジョン燃料を生成することができるなど、本発明による液体処理装置は特色のある用途に展開が可能である。 処理対象液の流路に周波数0.3~3THZ帯に主たる振動域を有し連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックの充填部を配設して、処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるようにし、且つセラミックの充填部に向けて超音波を照射するための超音波発生装置を設け、処理対象液が超音波でも処理されるようにしたことを特徴とする。
Description
本発明は液体処理装置、詳しくは、水または水に他の物質を混合した液体を処理するための液体処理装置に関する。
通常の水は水分子が複数個互いに結び付きクラスターと呼ばれる状態になっている。このクラスターを破壊して微細化し、あるいは独立した単独の水分子にすることにより、また、水分子を水素イオンと水酸化物イオンに分離することによって水の物理的、化学的性質が変化しそれ以前とは違った現象が現れ、例えば、浸透性、溶解性が向上し、また、酸化還元電位が還元側に傾斜して、アルカリ性を呈する水質となる。
このような水を生成する手法として、例えば、水のクラスターを小さくして水を改質するために、水の中に、SiO2、Al2O3、Fe2O3を含むセラミックを浸漬し、電極を入れて12時間以上放電する方法が提案されているが、このように従来開発されている水のクラスターを微小化する手法は、クラスターの微小化に長時間を要し、さらに処理能力に比して消費電力が多消費型で、装置も大型のものが多い。
また、燃料油に水を加えてエマルジョン燃料とし、有害な排ガスの低減を図りながら高い燃焼エネルギーを得ようとする多くの試みがなされているが、この場合も、クラスター状態を呈している水分子に対してクラスターを破壊して微小のクラスターとし、あるいは独立した単独の水分子にすることにより物質に対する水の溶解力や水の浸透性を向上させ、また水酸化物イオン(OH―)やオキソニウムイオン(H3O―+)などを水の中で産生させることにより本来親和性のない油と水との親和性を増して両物質の結合性を向上させることができれば、長時間分離しない安定したエマルジョン燃料を生成できると期待される。
しかしながら、燃料油に水を加えてエマルジョン燃料とする手法において、従来提案されているものの殆どは、油と水の分離防止を目的として界面活性剤などの添加剤を用いているため、添加剤の継続的な費用負担、添加剤を均等に混入させる装置、その維持管理などが必要になるという問題がある。
本発明は、特に、水のクラスターを微小化するとともに、水を水素イオンと水酸化物イオンに分解することにより、水を処理した場合には酸化還元電位を低下させてアルカリ系の水質とすることができ、水と燃料油、特に水と重油との混合液体を処理した場合には長時間分離しないエマルジョン燃料を生成することができる液体処理装置を提供するものであり、本発明の液体処理装置によれば前記従来の手法の難点を解消することが可能となる。
本発明による液体処理装置はまた、水や水と燃料油との混合液体のみでなく、水に他の物質を混合した種々の液体の処理にも有効であり、それぞれ有用な液体に改質することが可能である。
上記本発明による液体処理装置は、請求項1に記載されるように、水または水に他の物質を混合した液体を処理対象液とし、該処理対象液を処理するための装置であって、処理対象液の流路に周波数0.3~3THZ帯に主たる振動域を有し連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックの充填部を配設して、処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるようにし、且つセラミックの充填部に向けて超音波を照射するための超音波発生装置を設け、処理対象液が超音波でも処理されるようにしたことを特徴とする。
また、請求項2に記載されるように、請求項1において、処理対象液の流路
を形成する容器内に前記セラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなり、処理対象液がセラミックの充填部側から容器内に導入され、導入された処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるとともに、超音波発生装置から照射される超音波で処理され、処理済液が超音波発生装置側から容器外に排出されるよう構成したことを特徴とする。
を形成する容器内に前記セラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなり、処理対象液がセラミックの充填部側から容器内に導入され、導入された処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるとともに、超音波発生装置から照射される超音波で処理され、処理済液が超音波発生装置側から容器外に排出されるよう構成したことを特徴とする。
また、請求項3に記載されるように、請求項1において、処理対象液の流路を形成する容器内に前記セラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなり、処理対象液が超音波発生装置側から容器内に導入され、導入された処理対象液が超音波発生装置から照射される超音波によって処理されてセラミックの充填部に流入し、セラミックの充填部を通過することによりさらに処理され、処理済液がセラミックの充填部側から容器外に排出されるよう構成したことを特徴とする。
さらに、請求項4に記載されるように、請求項1~3のいずれかにおいて、超音波発生装置を冷却するための流体の流路を超音波発生装置の内部または外部に設け、該流路が超音波発生装置の内部の場合は処理対象液あるいは処理済液を流通させ、該流路が超音波発生装置の外部の場合は空気等電気絶縁性に優れた流体を流通させることを特徴とする。
さらに、請求項5に記載されるように、請求項1~4のいずれかにおいて、前記SiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックは、以下の成分(成分値は質量%、以下同じ)を有する球状または礫状の焼結体であることを特徴とする。
SiO2、:16.6~18.6%、Al2O3:3.4~3.8%、TiO2:33.3~36.9%、ZrO2:11.3~12.7%、ベントナイト:24.7~27.3%、残部はその他の酸化物等。
SiO2、:16.6~18.6%、Al2O3:3.4~3.8%、TiO2:33.3~36.9%、ZrO2:11.3~12.7%、ベントナイト:24.7~27.3%、残部はその他の酸化物等。
本発明の液体処理装置で処理した場合、以下の効果が達成される。
処理すべき液体、すなわち処理対象液を、セラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなる容器内に導入し、処理対象液をセラミックの充填部と超音波発生装置を通過させるだけで液体の処理を行うことができるため、大規模な装置を必要とすることなく処理に長時間を要することもない。
処理すべき液体、すなわち処理対象液を、セラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなる容器内に導入し、処理対象液をセラミックの充填部と超音波発生装置を通過させるだけで液体の処理を行うことができるため、大規模な装置を必要とすることなく処理に長時間を要することもない。
水を処理した場合には、水のクラスターが微小化し、また一部の水分子が水素イオンと水酸化物イオンに分解され、更に酸化還元電位が低下するとともに、pH値が上昇してアルカリ系の水質となることにより各種の用途展開が期待できる。
水と燃料油との混合液体を処理した場合には、水分子が分解されて生じた水素イオンや水酸化物イオンがイオン性界面活性剤として働き、油中に水分が微粒子分散しているW/O型のエマルションが形成される他、分子化した水の分子やイオンが燃料油を構成する炭化水素の分子と結合する、あるいは炭化水素の分子間に存在する狭い空隙に入り込むなどして、従来のように、油と水の分離防止のための界面活性剤などの添加剤を用いることなく、長時間分離しない安定したエマルジョン燃料が生成される。本発明の液体処理装置は、特に水と重油との混合液体の処理に有効である。
水と親水性を有する液体、例えば、水とグリセリン、エタノールなどを混合した化粧水の原料を処理した場合には、上記のように、水のクラスターが微小化し、また水分子が水素イオンと水酸化物イオンに分解されて、酸化還元電位が低下するとともに、pH値が上昇する結果、皮膚に吸収され易くなり、組織保護機能を向上させることも可能となる。
水との親和性(親水性)を有する液体、例えば、酒類、醤油などの発酵液体を処理した場合には、水のクラスターが微小化し、また水分子が単独化して水が活性化する結果、酵母など微生物の働きが活発となり、含有たんぱく質や炭水化物の分解、複合化が亢進されて熟成が進み、自然放置した場合に比べ短時間で同じ効果を得ることができる。
このように、本発明の液体処理装置は、清涼飲料水、薬液、液体調味料、酒、化粧水などの製造分野において有効である他、水そのものの改質により水の浸透性、溶解性が向上し、還元性に傾斜してアルカリ系の水質となることにより飲用、調理用、入浴用、動植物の生育用、魚介類花卉類の保存用など、特性と用途に応じて多岐に亘る分野での利用が可能となる。
本発明の液体処理装置は、前記のように、水または水に他の物質を混合した液体を処理対象液とし、該処理対象液を処理するために用いられる。水には水道水、天然水、井戸水などを含み、水に他の物質を混合した液体とは、水と親水性を有しない油、特に水と重油や廃油などとの混合液体、水と親水性を有する液体、例えばエタノールなどとの混合液体、水が主要原料の一つである液体(例えば酒類や醤油)などを包含する。
本発明の液体処理装置は、処理対象液の流路に周波数0.3~3THZ帯に主たる振動域を有し連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックの充填部を配設して、処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるようにし、且つセラミックの充填部に向けて超音波を照射するための超音波発生装置を設け、処理対象液が超音波でも処理されるようにしたことを構成上の特徴とする。
周波数0.3~3THZ(波長100μm~1mm)に主たる振動域を有する連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックは、SiO2、Al2O3を主要成分とし、その他の酸化物を含む鉱石と、ZrO2、TiO2等を配合してなる焼結体で、適宜のサイズの球状あるいは礫状として使用し、またはこれらを混合して使用する。前記SiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックの好ましい成分は、SiO2、:16.6~18.6%、Al2O3:3.4~3.8%、TiO2:33.3~36.9%、ZrO2:11.3~12.7%、ベントナイト:24.7~27.3%、残部はその他の酸化物等であり、最も好ましい成分値は、SiO2、:17.6%、Al2O3:3.6%、TiO2:35.1%、ZrO2:12.0%、ベントナイト:26.0%である。
本発明の液体処理装置の構成は、例えば、処理対象液の流路を形成した容器内にセラミックの充填部とセラミックの充填部に向けて超音波を照射するための超音波発生装置を配設してなり、処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理され、さらに超音波でも処理されるようにする。セラミックの充填部と超音波発生装置とは、必ずしも直列に配置される必要はなく、容器内で処理対象液がセラミックの充填部と超音波発生装置を連続して通過できるよう配置されていればよい。このために、超音波はセラミックの充填部に向けて直接的に照射されるのみでなく、超音波発生装置から照射される超音波を反射板等の反射物を用いてセラミックの充填部に間接的に照射する方式を採用することもできる。
また、処理対象液の流路を形成した容器内にはセラミックの充填部のみを配設し、超音波発生装置は容器外に配置の上、超音波を生じる超音波発生装置の振動子のみを容器内に挿入するようにして、セラミックの充填部に向けて超音波を照射するようにしてもよい。いずれの場合も超音波発生装置は発熱するため、超音波発生装置の内部または外部に冷却流体を流通させて、超音波発生装置を冷却し、温度上昇を抑制して、連続発振に耐え得るようにするのが好ましい。
本発明の液体処理装置の好ましい実施形態は、図1に示すように、処理対象液の流路を形成する容器1内にセラミックの充填部3と超音波発生装置8を配設してなり、処理対象液がセラミックの充填部3側から容器1内に導入され、導入された処理対象液がセラミックの充填部3を通過することにより処理されるとともに、超音波発生装置8から照射される超音波で処理され、処理済液が超音波発生装置8側から容器外に排出されるよう構成するものである。2は処理対象液の入口、9は処理済液の出口、5は処理対象液が通過できる多数の孔を穿設した仕切板、6は超音波発生装置8の振動子である。セラミックの充填部3には、セラミック球あるいは礫を一団の層として収容してもよいが、処理対象液の流路の偏りを防止するために、セラミックの層間にハニカム状に多数の開口部を有するセラミック板4を介挿することもできる。
図1において、容器1の前段に配設されるセラミックの充填部3を構成するセラミックは、周波数0.3~3THZ(波長100μm~1mm)に主たる振動域を有する連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むもので、前記のように、SiO2、Al2O3を主要成分とし、その他の酸化物を含む鉱石と、ZrO2、TiO2等を配合して焼結してなり、適宜のサイズの球あるいは礫として使用する。
容器1の後段に配設される超音波発生装置8の振動子6からは振動子6の先端部から数cmの間隔を置いて配置される仕切板5に向けて超音波が連続して照射される。超音波は好ましくは仕切板5に向けて直接的に照射されるが、セラミックの充填部3と超音波発生装置8の配置形態によっては、発生した超音波を反射板等の反射物を用いてセラミックの充填部に間接的に照射する方式を採用することもでき、直接照射と間接照射を併用することもできる。
図1においては、超音波発生装置4個が並列設置されたものを例示したが、超音波発生装置の設置個数は容器1のサイズ、所望の処理能力などに応じて適宜選択することができる。また、超音波発生装置8の振動子6と仕切板5との距離は、処理対象液中の超音波の伝播状況に応じて適宜選択決定される。
容器1の処理対象液の入口2から処理対象液が導入され、この処理対象液はセラミックの充填部3を通過することにより処理されるとともに、超音波発生装置8の振動子6から照射される超音波で処理される。詳しくは、処理対象液はセラミックの充填部3を通過して処理された後、超音波発生装置8に向かうが、超音波発生装置8の振動子6から仕切板5に向けて超音波が連続して発せられて超音波による処理が進行するので、超音波発生装置8を通過する際には殆ど処理が完了した処理済液となっている。
超音波発生装置8は発熱するため、図1に示すように、超音波発生装置8の内部に処理済液が流通するための流路を設け、流通孔7から処理済液を流路内に流通させて、処理済液により超音波発生装置8を冷却して温度上昇を抑制し、連続発振に耐え得るよう構成するのが好ましい。処理された処理済液は最終的に処理済液の出口9から容器外に排出される。超音波発生装置が容器内になく、貫通部を通して振動子のみが容器内にある構造とする場合は超音波発生装置を冷却するための流体の流路を超音波発生装置の外部に設け、流路に空気等電気絶縁性に優れた流体を流通させることもできる。
図1に示す本発明の液体処理装置の好ましい実施形態においては、前段にセラミックの充填部3を配設し、後段に超音波発生装置8を配設してなる容器1を備えることを基本的な構成要件とするが、セラミックの充填部3と超音波発生装置8を一対として並列に配置することもでき、あるいは一対を直列に配置することもできる他、直並列に配置してもよい。また、超音波発生装置8の後段あるいはセラミックの充填部3の前段に液体処理関連装置を配置することもできる。液体処理関連装置は容器内に設けてもよく、容器外に設けてもよい。
図1に示す装置においては、超音波発生装置8とその振動子6を一体のものとして、セラミックの充填部3および超音波発生装置8とその振動子6をそれぞれの中心軸が合致するように配設しているが、前段にセラミックの充填部を、後段に超音波発生装置の振動部を配設する態様であれば所期の機能が発揮可能であり、両者の中心軸は必ずしも合致していなくてもよい。
本発明の液体処理装置の他の実施形態は、処理対象液の流路を形成する容器内にセラミックの充填部と超音波発生装置を配設してなり、処理対象液が超音波発生装置側から容器内に導入され、導入された処理対象液が超音波発生装置から照射される超音波によって処理されてセラミックの充填部に流入し、セラミックの充填部を通過することによりさらに処理され、処理済液がセラミックの充填部側から容器外に排出されるよう構成するものである。この実施形態においても、セラミックの充填部と超音波発生装置の構成は前記の好ましい実施形態の場合と同様であり、超音波発生装置8の冷却は前記と同様にすることが好ましい。
すなわち、図1において、処理対象液が超音波発生装置8側に位置する処理済液の出口9から入り、セラミックの充填部3側に位置する処理対象液の入口2から排出される形態のものである。この実施形態においても、処理効率が若干低下するが十分実用可能である。その主たる理由は、セラミックの充填部3における水のクラスターの分解などが超音波による振動エネルギーの授受を最も受ける仕切板5の近傍で最大となることと相俟って、仕切板5の近傍が処理対象液に対する処理の中心部となっていることにあり、どの方向から処理対象液が来るかは処理の効率を大きく左右するものでないことによる。
以下、本発明の好ましい実施形態として図1に示す液体処理装置の作用について説明するが、他の実施形態のものにおいても機能は同様である。
水または水に他の物質を混合した液体からなる処理対象液は、容器1に設けられた処理対象液の入口2より容器1内に導入され、セラミックの充填部3に充填されたセラミックの層を通過し下流側の仕切板5の方に向かう。
水または水に他の物質を混合した液体からなる処理対象液は、容器1に設けられた処理対象液の入口2より容器1内に導入され、セラミックの充填部3に充填されたセラミックの層を通過し下流側の仕切板5の方に向かう。
セラミックの球あるいは礫はテラヘルツ帯(0.3~3THz(波長100μm~1mm))に主たる振動域を持つ連続した電磁波を放射する性能を有する鉱石を含む焼結体であり、このセラミックの球あるいは礫から放射される電磁波により処理液中の水分子は波長100μm~1mmの振動を受ける。
水分子は水素結合により水分子が多数集まった(H2O)nのようなクラスターを形成しているが、nの値も比較的容易にしかも短時間で変化していると考えられており、液体の水分子はその挙動から見掛け上かなり大きな分子量の化合物として捉えることができる。
水分子のクラスターを分断し微小化するには水の伸縮基本振動を起こす波長約2.7μmの数十~数百倍程度の波長の振動を与えることが必要となるが、100μm~1mmの連続した振動数は大小入り混じったサイズのクラスターを分解することができ、電磁波を受けて分解されたクラスターはそれ以前よりn値の少ない小さいクラスターになり、あるいは独立した水分子に変化する。
つぎに、微細化されたあるいは単独となった水分子に超音波由来の振動や衝撃を与えることにより水を構成する水素原子の一部が分離し、水の一部は水素イオンと水酸化物イオンに分解する。さらに分離分解が進行すると一部は水素分子や酸素分子になり水中に溶存する他、大気中に放出されるものもある。そのために水の中には水酸化物イオンが取り残されることとなり酸化還元電位が低下するとともにpH値が上昇してアルカリ系の水質となる。
仕切板5の下流側には20KHz程度の超音波を発生する超音波発生装置8が設置されており振動子6から数cmの間隔を置いた仕切板5の方向に連続して照射されている。この超音波によりセラミックの球や礫はさらに振動エネルギーを得て、より強い電磁波を放射することになる。超音波により処理対象液中に発生したキャビテーションは処理対象液を破壊し、処理対象液はまた、衝撃波や部分的高温高圧の発生、さらには撹拌や分散などの作用を受ける。
このように、キャビテーションに拠る一連の作用により水のクラスターの微細化が一層進む他、水の単分子化も促進されて水素イオンと水酸化物イオンの生成、さらには水素分子や酸素分子の発生が促進される。このように、本発明の液体処理装置においては、後段に配置された超音波発生装置が前段に配置されたセラミックの充填部の機能をさらに高めるよう作用するとともに、超音波発生装置の機能も加わって、一層効果的な液体処理を行うことができる。
燃料油などの油と水が混合された混合液体の処理においては、単分子化された水分子は小粒子であるため油成分中に分散し易くなる他、超音波により油の部分的破壊が進み、この部分的に破壊された油においては再結合が進行し、その過程で周囲に存在する水素イオンや水酸化物イオンあるいは水分子を共有結合や水素結合により組み込み、さらには水素分子や酸素分子を溶解包摂し、また通常のW/O型エマルジョンも形成されて元の油成分とは違った構成のものになるが、本発明の液体処理装置で処理されたものは、界面活性剤を全く使用していないことに大きな特徴があり、処理済液である燃料油は油の組成の再構成により、また内部に酸素を含む含酸素燃料となることにより発熱量の増大、燃焼性の向上が可能となる。
燃料油が重油の場合には、炭素数の多い鎖式炭化水素の他、多量の環式炭化水素や微量の金属成分、硫黄化合物や水分などが混在しているが、水分子が分解されて生じた水素イオンや水酸化物イオンはイオン性界面活性剤として機能することによりW/O型のエマルジョンが形成され、また炭化水素の分子同士の間に存在する狭い空隙に微細化した水のクラスターあるいは単分子化した水の分子あるいは酸素分子あるいは水素分子等が入り込み、部分的には水素結合や共有結合により結び付く結果、かなり大量の水が様態を一部変えながらも重油との親和性を増して容易には分離しない状態になる。
以下、本発明の実施例について説明し、本発明の効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
実施例1
図1に示すように、周波数0.3~3THZ(波長100μm~1mm)に主たる振動域を有する連続した電磁波(テラヘルツ波)を放射する前記セラミック(SiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石等を焼結してなるサイズが直径8~15mmのセラミックの球あるいは礫)の充填部3を前段に配設し、後段に、20KHzの超音波を発生する超音波発生装置8を4個並列設置した容器1を用いて水道水の処理を行った。超音波発生装置8の振動子6の先端部と仕切板5との間隔は約5cmとし、超音波発生装置8に処理済液が流通するための流路7を超音波発生装置8のそれぞれに設け、処理済液により超音波発生装置8を冷却することができるようにした。
図1に示すように、周波数0.3~3THZ(波長100μm~1mm)に主たる振動域を有する連続した電磁波(テラヘルツ波)を放射する前記セラミック(SiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石等を焼結してなるサイズが直径8~15mmのセラミックの球あるいは礫)の充填部3を前段に配設し、後段に、20KHzの超音波を発生する超音波発生装置8を4個並列設置した容器1を用いて水道水の処理を行った。超音波発生装置8の振動子6の先端部と仕切板5との間隔は約5cmとし、超音波発生装置8に処理済液が流通するための流路7を超音波発生装置8のそれぞれに設け、処理済液により超音波発生装置8を冷却することができるようにした。
処理前の水道水と処理後の水道水の酸化還元電位とpH値は表1のとおりであり、本発明の液体処理装置で処理することにより、酸化還元電位が低下するとともに、pH値が上昇してアルカリ系の水質となっていることが確認された。
実施例2
実施例1と同じ液体処理装置を用いて、燃料油(重油)に水道水を混合した液体を処理した。混合液は十分混ぜ合わせたのち液体処理装置に導入した。処理後に得られたエマルジョン燃料について、油水の分離状況を評価し、また、温風機を用いて燃焼試験(燃焼時間:25分)を行い、排気温度を測定して発熱量を評価した。評価結果を表2に示す。
実施例1と同じ液体処理装置を用いて、燃料油(重油)に水道水を混合した液体を処理した。混合液は十分混ぜ合わせたのち液体処理装置に導入した。処理後に得られたエマルジョン燃料について、油水の分離状況を評価し、また、温風機を用いて燃焼試験(燃焼時間:25分)を行い、排気温度を測定して発熱量を評価した。評価結果を表2に示す。
表2に示すように、本発明の液体処理装置で得られたエマルジョン燃料は、容量比で35%の水を混入したものでも、20日放置後においても油水の分離はなく、長時間分離しない安定したエマルジョン燃料が生成されることが確認された。
また、温風機を用いた燃焼試験においては、水道水を混合しない元の重油(原油)と比較して温度上昇値は略同じであり、得られたエマルジョン燃料は原油に比べて体積が約20~35%増加していることから、粘度の低下によるバーナーへの燃料の供給増を勘案しても総発熱量は増加していると推定できる。さらに、原油に比べて二酸化炭素の発生を削減できることは勿論である。
1 容器
2 処理対象液の入口
3 セラミックの充填部
4 セラミック板
5 仕切板
6 振動子
7 流通孔
8 超音波発生装置
9 処理済液の出口
2 処理対象液の入口
3 セラミックの充填部
4 セラミック板
5 仕切板
6 振動子
7 流通孔
8 超音波発生装置
9 処理済液の出口
Claims (5)
- 水または水に他の物質を混合した液体を処理対象液とし、該処理対象液を処理するための装置であって、処理対象液の流路に周波数0.3~3THZ帯に主たる振動域を有し連続した電磁波を放射するSiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックの充填部を配設して、処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるようにし、且つセラミックの充填部に向けて超音波を照射するための超音波発生装置を設け、処理対象液が超音波でも処理されるようにしたことを特徴とする液体処理装置。
- 処理対象液の流路を形成する容器内に前記セラミックの充填部と超音波発生装置あるいは超音波発生装置の少なくとも振動部を配設してなり、処理対象液がセラミックの充填部側から容器内に導入され、導入された処理対象液がセラミックの充填部を通過することにより処理されるとともに、超音波発生装置由来の超音波で処理されて、処理済液が超音波発生装置側から容器外に排出されるよう構成したことを特徴とする請求項1に記載の液体処理装置。
- 処理対象液の流路を形成する容器内に前記セラミックの充填部と超音波発生装置あるいは超音波発生装置の少なくとも振動部を配設してなり、処理対象液が超音波発生装置側から容器内に導入され、導入された処理対象液が超音波発生装置由来の超音波によって処理されてセラミックの充填部に流入し、セラミックの充填部を通過することによりさらに処理され、処理済液がセラミックの充填部側から容器外に排出されるよう構成したことを特徴とする請求項1に記載の液体処理装置。
- 超音波発生装置を冷却するための流体の流路を超音波発生装置の内部または外部に設け、該流路が超音波発生装置の内部の場合は処理対象液あるいは処理済液を流通させ、該流路が超音波発生装置の外部の場合は空気等電気絶縁性に優れた流体を流通させることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の液体処理装置。
- 前記SiO2、Al2O3を主要成分とする鉱石を含むセラミックは、以下の成分(成分値は質量%)を有する球状または礫状の焼結体であることを特徴とする請求項1~4に記載の液体処理装置。
SiO2、:16.6~18.6%
Al2O3:3.4~3.8%
TiO2:33.3~36.9%
ZrO2:11.3~12.7%
ベントナイト:24.7~27.3%
残部はその他の酸化物等
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