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JP2006136819A - Liquid processing apparatus and liquid processing system using the same - Google Patents

Liquid processing apparatus and liquid processing system using the same Download PDF

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JP2006136819A
JP2006136819A JP2004329075A JP2004329075A JP2006136819A JP 2006136819 A JP2006136819 A JP 2006136819A JP 2004329075 A JP2004329075 A JP 2004329075A JP 2004329075 A JP2004329075 A JP 2004329075A JP 2006136819 A JP2006136819 A JP 2006136819A
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Japan
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liquid
processing apparatus
microbubbles
liquid processing
flow
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Application number
JP2004329075A
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Japanese (ja)
Inventor
Kageyoshi Katakura
景義 片倉
Masahiro Kurihara
昌宏 栗原
Motohiro Kuniyone
基宏 国米
Takeshi Nishihira
健 西平
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】
液体資源の品質を維持して殺菌処理し再利用可能にする液体処理技術の提供。
【解決手段】
気体を注入した液体で超音速流を形成し、該超音速流により該液体中の気泡を破壊して微小気泡を生成し、該微小気泡に超音波を照射して該微小気泡を個々独立にキャビテーション圧壊し、該キャビテーション圧壊時の高温や高圧で液体中の細菌類を死滅させる。
【選択図】 図2
【Task】
Providing liquid processing technology that maintains the quality of liquid resources and enables sterilization and reuse.
[Solution]
A supersonic flow is formed by a liquid into which a gas is injected, and bubbles in the liquid are destroyed by the supersonic flow to generate microbubbles. The microbubbles are irradiated with ultrasonic waves to individually form the microbubbles. Cavitation is crushed, and bacteria in the liquid are killed at high temperature and high pressure at the time of cavitation crushing.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、温泉水等の液体中のレジオネラ菌等を殺菌処理する技術に係り、特に、循環式温泉システム等液体を循環させて再利用する処理システムにおける殺菌処理技術に関する。   The present invention relates to a technique for sterilizing Legionella bacteria in a liquid such as hot spring water, and more particularly to a sterilization technique in a processing system that circulates and reuses a liquid such as a circulating hot spring system.

従来、液体の殺菌処理技術としては、塩素などの殺菌剤を用いるものや、超音波を利用するものがある。超音波を利用するものでは、対象液体に超音波を照射し、キャビテーションによる衝撃波圧力により殺菌・除菌を行うようにしている。また、本発明に関連した文献記載技術としては、例えば、特開2003−230824号公報(以下、特許文献1という)に記載された技術や、超音波技術便覧、実吉純一編、日刊工業新聞社(以下、非特許文献1という)に記載された技術や、キャビテーション 基礎と最近の進歩、加藤洋治編、槙書店(以下、非特許文献2という)に記載された技術がある。特許文献1には、微小気泡生成部において生成された多数の微小気泡が合体するのを抑制するために、液体中に界面活性剤を含ませるとした技術が記載され、非特許文献1には、液体中で発生した気泡の作用と超音波との関係について記載され、非特許文献2には、液体中で発生する気泡の密度や作用について記載されている。   Conventionally, liquid sterilization techniques include those using a sterilizing agent such as chlorine and those using ultrasonic waves. In the case of using ultrasonic waves, the target liquid is irradiated with ultrasonic waves and sterilized and sterilized by shock wave pressure by cavitation. In addition, as a document description technique related to the present invention, for example, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-230824 (hereinafter referred to as Patent Document 1), Ultrasonic Technical Handbook, Junichi Miyoshi, Nikkan Kogyo Shimbun There are techniques described in (hereinafter referred to as Non-Patent Document 1), cavitation basics and recent advances, edited by Yoji Kato, and Tsuji Shoten (hereinafter referred to as Non-Patent Document 2). Patent Document 1 describes a technique in which a surfactant is included in a liquid in order to suppress the coalescence of a large number of micro bubbles generated in a micro-bubble generating unit. The relationship between the action of bubbles generated in the liquid and the ultrasonic waves is described, and Non-Patent Document 2 describes the density and action of bubbles generated in the liquid.

特開2003−230824号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-230824 超音波技術便覧、実吉純一編、日刊工業新聞社Ultrasonic Technical Handbook, Junichi Miyoshi, Nikkan Kogyo Shimbun キャビテーション 基礎と最近の進歩、加藤洋治編、槙書店Cavitation basics and recent progress, Yoji Kato, Tsuji Shoten

超音波を液体に照射して殺菌処理を行う上記従来技術では、液体品質は維持できるものの、細菌数に比べて液体中のキャビテーション核の数が少ないために殺菌率が低く、3%程度が限界である。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、液体中の殺菌処理を行う液体処理技術において、殺菌剤は使用せずに、殺菌率のさらに大幅な向上を可能にすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、液体資源を品質を変えずに高効率で殺菌処理し再利用可能にする液体処理技術の提供にある。
Although the liquid quality can be maintained with the above-mentioned conventional technology in which sterilization is performed by irradiating a liquid with ultrasonic waves, the sterilization rate is low because the number of cavitation nuclei in the liquid is small compared to the number of bacteria, and about 3% is the limit. It is.
An object of the present invention is to make it possible to further improve the sterilization rate without using a sterilizing agent in a liquid processing technique for performing a sterilization process in a liquid in view of the situation of the above prior art.
An object of the present invention is to provide a liquid processing technique that solves the above-described problems and enables liquid resources to be sterilized and reused with high efficiency without changing the quality.

上記課題点を解決するために、本発明では、液体を殺菌処理する液体処理装置として、液体流路上で、気体を注入された液体で超音速流を形成し、該超音速流により該液体中の気泡を破壊して微小気泡を生成し、該微小気泡に超音波を照射して該微小気泡を個々独立にキャビテーション圧壊(膨張、収縮の体積変化に基づき気泡を破壊すること)する構成を備え、該キャビテーション圧壊時に発生するエネルギーで液体の殺菌処理を行う。   In order to solve the above-described problems, in the present invention, as a liquid processing apparatus for sterilizing a liquid, a supersonic flow is formed with a liquid into which gas is injected on a liquid flow path, and the supersonic flow causes the liquid to flow into the liquid. The microbubbles are generated by destroying the bubbles, and the microbubbles are irradiated with ultrasonic waves to cavitate the microbubbles independently (breaking the bubbles based on the volume change of expansion and contraction). The liquid is sterilized with the energy generated when the cavitation is crushed.

本発明によれば、液体資源の品質を変えずに液体中の細菌類を効率的に駆除することができる。液体の再利用化などによる運転コストの低減化も図られる。   According to the present invention, bacteria in a liquid can be effectively eliminated without changing the quality of the liquid resource. The operation cost can be reduced by reusing the liquid.

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図1〜図4は、本発明の実施例の説明図である。図1は、本発明の液体処理システムの実施例としての循環式温泉水処理システムの構成例を示す図、図2は、本発明の一実施例としての液体処理装置の構成例図、図3は、図2の液体処理装置を構成する微小気泡発生部の構成例図、図4は、液体中の気泡含有率と音速との関係を示す特性図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
1-4 is explanatory drawing of the Example of this invention. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a circulating hot spring water treatment system as an embodiment of the liquid treatment system of the present invention, FIG. 2 is a configuration example diagram of a liquid treatment apparatus as one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a structural example diagram of a microbubble generating unit constituting the liquid processing apparatus of FIG. 2, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the bubble content in the liquid and the sound velocity.

図1において、1は浴槽、2は温泉水、3は、温泉水2中の毛髪などを捕捉するための集毛器、4は、温泉水2を強制循環させるためのポンプ、5は、温泉水中の有機物のごみを微生物活動により分解除去することによって温泉水の清浄度を上げる濾過機、6は、濾過された温泉水2等の液体を殺菌処理するための本発明の液体処理装置、7は、温泉水の温度を上昇させるための加熱器である。   In FIG. 1, 1 is a bathtub, 2 is hot spring water, 3 is a hair collector for capturing hair in the hot spring water 2, 4 is a pump for forcibly circulating the hot spring water 2, 5 is a hot spring Filter for increasing cleanliness of hot spring water by decomposing and removing organic waste in the water by microbial activity, 6 is a liquid processing apparatus of the present invention for sterilizing a filtered liquid such as hot spring water 2, Is a heater for raising the temperature of hot spring water.

上記図1の構成において、例えば、浴槽1で入浴により使用された温泉水2は、浴槽1の排水口から排出され、集毛器3で毛髪などを除去され、ポンプ4を経て水圧を増大化されて濾過機5側に送られる。濾過機5で有機物のごみを分解除去された後、さらに、液体処理装置6に供給される。液体処理装置6では、温泉水2中のレジオネラ菌などの細菌が存在するときは、該細菌が、微小気泡のキャビテーション圧壊で発生する高温や高圧によって駆除される。殺菌処理された温泉水2は、加熱器7により、温度を所定の温度に上げられ、適宜、浴槽1に供給される。このように、本図1の循環式温泉水処理システムでは、温泉水2が、浴槽1、集毛器3、ポンプ4、濾過機5、液体処理装置6、加熱器7で形成された循環系を、殺菌処理を施されながら循環され、再利用される。   In the configuration of FIG. 1, for example, hot spring water 2 used for bathing in the bathtub 1 is discharged from the drain of the bathtub 1, hair is removed by the hair collector 3, and the water pressure is increased through the pump 4. And sent to the filter 5 side. After the organic waste is decomposed and removed by the filter 5, it is further supplied to the liquid processing device 6. In the liquid processing apparatus 6, when bacteria such as Legionella bacteria in the hot spring water 2 are present, the bacteria are exterminated by a high temperature and high pressure generated by cavitation collapse of microbubbles. The temperature of the sterilized hot spring water 2 is raised to a predetermined temperature by the heater 7 and is appropriately supplied to the bathtub 1. Thus, in the circulation type hot spring water treatment system of FIG. 1, the hot spring water 2 is a circulation system formed by the bathtub 1, the hair collector 3, the pump 4, the filter 5, the liquid treatment device 6, and the heater 7. Is circulated and reused while being sterilized.

図2は、本発明の実施例としての液体処理装置6の構成例図である。
図2において、10は、温泉水等の液体の殺菌処理を行う液体処理装置6の構成要素であって、温泉水等の液体中において微小気泡を生成する微小気泡生成部、11は、同じく液体処理装置6の構成要素であって、上記生成された微小気泡をキャビテーション圧壊させるために超音波を照射する超音波照射部、13は、微小気泡生成部10が微小気泡を発生可能なように、該微小気泡生成部10に気体を強制的に注入する気体注入部である。なお、気体注入部13を液体処理装置6内に含ませず、これを液体処理装置6とは別個の構成要素として設けてもよい。微小気泡生成部10では、温泉水等の液体に空気等の気体を注入し、該液体に気泡が発生した状態とした後、該液体を超音速流の状態にして、例えば直径が1×10−6m程度の微小気泡を生成する。超音波照射部11は、生成された微小気泡に超音波を照射することで、該微小気泡を、その気泡核が互いに合体する前に個々独立にキャビテーション圧壊する。すなわち、超音波により該微小気泡のそれぞれは、膨張と収縮の大きな体積変化を起こし、該体積変化の過程で破壊する。該キャビテーション圧壊時には、破壊される各微小気泡が高温と高圧を発生する。温泉水等の液体中に存在するレジオネラ菌などの細菌類は、該キャビテーション圧壊時の高温、高圧のいずれかまたは両方によって死滅する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a liquid processing apparatus 6 as an embodiment of the present invention.
In FIG. 2, 10 is a component of the liquid processing apparatus 6 that performs sterilization processing of liquid such as hot spring water, a micro bubble generating unit that generates micro bubbles in liquid such as hot spring water, and 11 is a liquid. An ultrasonic irradiating unit 13 that is a component of the processing device 6 and irradiates ultrasonic waves to cavitate the generated microbubbles, so that the microbubble generating unit 10 can generate microbubbles. This is a gas injection unit that forcibly injects gas into the microbubble generation unit 10. The gas injection unit 13 may not be included in the liquid processing apparatus 6 and may be provided as a separate component from the liquid processing apparatus 6. In the micro-bubble generating unit 10, after a gas such as air is injected into a liquid such as hot spring water so that bubbles are generated in the liquid, the liquid is put into a supersonic flow state, for example, a diameter of 1 × 10 -6 m microbubbles are generated. The ultrasonic irradiation unit 11 irradiates the generated microbubbles with ultrasonic waves, so that the microbubbles are individually cavitation crushed before the bubble nuclei merge with each other. That is, each of the microbubbles undergoes a large volume change of expansion and contraction due to the ultrasonic wave, and is destroyed in the process of the volume change. At the time of the cavitation crushing, each microbubble to be broken generates a high temperature and a high pressure. Bacteria such as Legionella bacteria present in liquids such as hot spring water are killed by one or both of high temperature and high pressure during the cavitation collapse.

図3は、図2の液体処理装置6を構成する微小気泡発生部10の構成例を示す図である。
図3において、(a)は、微小気泡発生部10の断面図、(b)は、(a)の微小気泡発生部10の流路方向の液体中の流速vの分布特性例を示す図、(c)は、同液体中の圧力pの分布特性例を示す図、(d)は、同液体中の気泡の含有率(以下、気泡含有率という)Vの特性例を示す図、(e)は、同液体中の音速cの分布特性例を示す図、(f)は、上記(b)の流速vの分布特性と上記(e)の音速cの分布特性とをまとめて示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the microbubble generation unit 10 included in the liquid processing apparatus 6 of FIG.
3, (a) is a sectional view of the microbubble generator 10, (b) is a diagram showing an example of distribution characteristics of the flow velocity v in the liquid in the flow direction of the microbubble generator 10 of (a), (C) is a diagram showing an example of the distribution characteristic of the pressure p in the same liquid, (d) is a diagram showing an example of the characteristic of the bubble content rate (hereinafter referred to as bubble content rate) V in the liquid, (e) ) Is a diagram showing an example of the distribution characteristics of the sound velocity c in the same liquid, and (f) is a diagram collectively showing the distribution characteristics of the flow velocity v in (b) and the distribution characteristics of the sound velocity c in (e). is there.

図3(a)において、23は、液体が導入される液体導入口、14は、気体を液体中に注入する気体注入口、21は、気体が液体中に注入される第1の部分としての本体部、28は、本体部21に対する流路断面積の大幅な縮小化により、液体の流速を液体中の音速よりも増大させ気泡の含有率を増大させる第2の部分としての絞り部、22は、絞り部28に連続して形成され、該絞り部28で発生した上記超音速流の突入により、液体中の気泡を破壊し微小気泡を生成する第3の部分としての末広ノズル部、29は、末広ノズル部22の軸方向の先端部である。本体部21は円柱状流路を形成し、該円柱状流路内において、液体中に、気体注入口14から注入された空気などの気体による気泡が生成される。絞り部28は、本体部21に対し1/10以下の流路断面積とされる。本体部21の円柱状流路から絞り部28の縮小流路に対しては、上記気泡を含んだ液体が強制的に流入される。末広ノズル部22の先端部29は、処理した液体を放出する。該先端部29の開角を40゜未満とした場合には、該末広ノズル部22を流動する液体の流速分布特性や圧力分布特性などを安定なものとすることができる。   In FIG. 3 (a), 23 is a liquid inlet through which liquid is introduced, 14 is a gas inlet through which gas is injected into the liquid, and 21 is a first part through which gas is injected into the liquid. The main body part 28 is a throttle part as a second part that increases the flow rate of the liquid more than the speed of sound in the liquid and increases the content rate of bubbles by greatly reducing the cross-sectional area of the flow path with respect to the main body part 21. Is a divergent nozzle part as a third part that is formed continuously with the throttle part 28 and breaks down the bubbles in the liquid and generates microbubbles by the entry of the supersonic flow generated in the throttle part 28; Is the tip of the divergent nozzle portion 22 in the axial direction. The main body portion 21 forms a cylindrical channel, and bubbles are generated in the liquid by a gas such as air injected from the gas inlet 14 in the cylindrical channel. The throttle portion 28 has a flow path cross-sectional area of 1/10 or less with respect to the main body portion 21. The liquid containing bubbles is forced to flow from the cylindrical channel of the main body 21 into the reduced channel of the throttle unit 28. The distal end portion 29 of the divergent nozzle portion 22 discharges the processed liquid. When the opening angle of the tip portion 29 is less than 40 °, the flow velocity distribution characteristic and pressure distribution characteristic of the liquid flowing through the divergent nozzle part 22 can be stabilized.

図3(a)〜(f)において、本体部21に液体が導入されると、該液体に対し気体注入口14から気体が注入され、該液体中に気泡が形成される。該気泡を含む液体は本体部21から絞り部28に強制流入され、該絞り部28においては、ベルヌーイの定理からも明らかなように、液体の流速vが増大し始め(図3(b))、圧力pが減少し始める(図3(c))。圧力pが減少することで液体中の含有気泡が膨張し気泡含有率Vが増大し(図3(d))、さらに、該気泡含有率Vが増大することにより液体中の音速cは減少する(図3(e))。絞り部28の位置を過ぎた末広ノズル部22内の領域A、B(図3(a))の位置でこの傾向が著しい。液体中の音速cは、例えば液体中の気泡含有率Vが増大して約50%になったとき最低値となり約23.9m/sとなる(図4)。液体が領域Aに流入する時点から、液体の流速vは該液体中の音速cを超え、超音速流となる。該超音速流は、末広ノズル部22の流路径拡大構造により加速される。該超音速流における圧力pの減少分は例えば数気圧に達する。本体部21の流速が例えば1m/sであり、絞り部28における流路断面積の減少率が1/30であるとすると、領域Aにおける30m/sとなる。   3A to 3F, when a liquid is introduced into the main body portion 21, a gas is injected into the liquid from the gas injection port 14, and bubbles are formed in the liquid. The liquid containing the bubbles is forced to flow from the main body portion 21 to the throttle portion 28, and the flow velocity v of the liquid begins to increase in the throttle portion 28 as apparent from Bernoulli's theorem (FIG. 3B). The pressure p begins to decrease (FIG. 3 (c)). When the pressure p decreases, the bubbles contained in the liquid expand and the bubble content V increases (FIG. 3 (d)). Further, the sound velocity c in the liquid decreases as the bubble content V increases. (FIG. 3 (e)). This tendency is remarkable at the positions of the regions A and B (FIG. 3A) in the divergent nozzle portion 22 past the position of the throttle portion. The speed of sound c in the liquid becomes the lowest value when the bubble content V in the liquid increases to about 50%, for example, and is about 23.9 m / s (FIG. 4). From the time when the liquid flows into the region A, the flow velocity v of the liquid exceeds the sound velocity c in the liquid and becomes a supersonic flow. The supersonic flow is accelerated by the flow path diameter expanding structure of the divergent nozzle portion 22. The decrease in the pressure p in the supersonic flow reaches, for example, several atmospheres. If the flow velocity of the main body 21 is 1 m / s, for example, and the rate of reduction of the flow path cross-sectional area in the throttle 28 is 1/30, the flow rate in the region A is 30 m / s.

末広ノズル部22の軸方向の先端部29の位置では、液体は略静止状態にあり、圧力はほぼ大気圧の一定値pである。該先端部29に近い末広ノズル部22内の領域Cでも、液体は略静止状態にあり、該液体の圧力は該一定値pに近い静圧状態にある。このため、該領域Cに隣接した領域B内の上記位置x1(図3(a))では、上記領域A側からの上記超音速流の液体と、略静止状態の液体との衝突が起こり、衝撃波が発生する。該位置x1またはその近傍までは、液体は、流速vの増大(図3(b))、圧力pの減少(図3(c))、気泡含有率Vの増大(図3(d))及び音速cの減少(図3(e))が続き、超音速流状態は維持されるが、上記衝突後は、該位置x1またはその近傍では液体の圧力が急激に回復し、これによって、領域B、C内の液体中の気泡は大幅に縮小され、気泡含有率Vが低下する。このため、液体中の音速cは、約1400m/sにまで上昇する。上記位置x1またはその近傍では、上記のように、略静止状態の液体に超音速流の液体が突入することで、膨張気泡が破壊されてさらに多数の微小気泡が生成される。すなわち、領域Bでは、該超音速流によって該液体中の気泡が破壊され、微小気泡が生成される。 The position in the axial direction of the distal end portion 29 of the divergent nozzle portion 22, the liquid is in a substantially stationary state, the pressure is a constant value p b of about atmospheric pressure. Any region C of divergent nozzle portion 22 near the tip portion 29, the liquid is in a substantially stationary state, the pressure of the liquid is in a static pressure state close to the constant value p b. For this reason, in the position x1 (FIG. 3A) in the region B adjacent to the region C, a collision between the supersonic flow liquid from the region A side and the substantially stationary liquid occurs, A shock wave is generated. Up to or near position x1, the liquid increases in flow velocity v (FIG. 3 (b)), decreases in pressure p (FIG. 3 (c)), increases in bubble content V (FIG. 3 (d)) and The sonic velocity c continues to decrease (FIG. 3 (e)), and the supersonic flow state is maintained. However, after the collision, the liquid pressure suddenly recovers at or near the position x1, and thereby the region B , The bubbles in the liquid in C are greatly reduced, and the bubble content V decreases. For this reason, the speed of sound c in the liquid rises to about 1400 m / s. At the position x1 or in the vicinity thereof, as described above, the supersonic flow liquid enters the substantially stationary liquid, so that the expanded bubbles are destroyed and more microbubbles are generated. That is, in the region B, bubbles in the liquid are destroyed by the supersonic flow, and microbubbles are generated.

超音波照射部11(図2)は、上記領域Bで生成された微小気泡に対し超音波を照射し、該微小気泡をそれぞれ独立にキャビテーション圧壊する。すなわち、超音波が照射された時、核となる微小気泡が超音波の負圧期間に膨張してキャビテーション気泡を生成する。該膨張したキャビテーション気泡は、超音波の正圧期間に収縮する過程で圧壊する。圧壊時には、その圧壊点位置を中心として球面拡散する強力な衝撃波や、高温や、高圧を発生する。液体中のレジオネラ菌などの細菌類は、該キャビテーション圧壊時に発生する温度や圧力に基づくエネルギーによって死滅することになる。超音波照射部11から微小気泡に照射される超音波の周波数を、例えば15kHzとした場合、これによって15000回/sのキャビテーション圧壊が発生する。該キャビテーション圧壊によっては、例えば10000個/m−3の微小気泡が発生し、液体中の細菌数以上とすることができる。また、該キャビテーション圧壊時に発生する温度は数千゜C、圧力は数万Paにまで達する。該温度、圧力のいずれか一方または両方によるエネルギーで、上記微小気泡の個々に対応して細菌類は死滅することとなる。 The ultrasonic irradiation unit 11 (FIG. 2) irradiates the microbubbles generated in the region B with ultrasonic waves, and crushes the microbubbles independently. That is, when an ultrasonic wave is irradiated, microbubbles serving as nuclei expand during the negative pressure period of the ultrasonic wave to generate cavitation bubbles. The expanded cavitation bubbles collapse in the process of contracting during the positive pressure period of ultrasonic waves. At the time of crushing, a strong shock wave that diffuses spherically around the crushing point, high temperature, and high pressure are generated. Bacteria such as Legionella in the liquid are killed by energy based on temperature and pressure generated during the cavitation collapse. When the frequency of the ultrasonic wave irradiated to the microbubbles from the ultrasonic irradiation unit 11 is 15 kHz, for example, cavitation collapse of 15000 times / s occurs. Depending on the cavitation collapse, for example, 10000 / m −3 microbubbles are generated, and the number of bacteria in the liquid can be increased. Further, the temperature generated when the cavitation is collapsed reaches several thousand degrees Celsius, and the pressure reaches several tens of thousands Pa. Bacteria are killed corresponding to each of the microbubbles by the energy of one or both of the temperature and pressure.

図5〜図8は、液体処理装置の他の実施例図である。図5〜図8の説明において用いる上記図1〜図4の構成要素には、該図1〜図4の場合と同じ符合を付して用いる。   5 to 8 are other embodiments of the liquid processing apparatus. 1 to 4 used in the description of FIGS. 5 to 8 are used with the same reference numerals as those in FIGS.

図5は、液体処理装置6として、液体処理装置6を構成する微小気泡発生部10と超音波照射部11とを重ねて配する構成、すなわち微小気泡発生部10の末広ノズル部22の中に超音波照射部11を挿入状態で配した場合の構成例である。微小気泡発生部10の基本的構成・作用は上記図3の構成の場合と同じである。図5において、30は、超音波照射部11を構成する超音波振動子である。領域Bで超音速流によって生成された微小気泡に対し、超音波振動子30から超音波を照射して、該微小気泡を個々独立にキャビテーション圧壊する。該キャビテーション圧壊によって液体中の細菌類を死滅させる。   FIG. 5 shows a configuration in which the microbubble generation unit 10 and the ultrasonic wave irradiation unit 11 constituting the liquid processing apparatus 6 are arranged as the liquid processing apparatus 6, that is, in the divergent nozzle unit 22 of the microbubble generation unit 10. It is a structural example at the time of arranging the ultrasonic irradiation part 11 in the insertion state. The basic configuration and action of the microbubble generator 10 are the same as in the configuration of FIG. In FIG. 5, reference numeral 30 denotes an ultrasonic transducer that constitutes the ultrasonic irradiation unit 11. The microbubbles generated by the supersonic flow in the region B are irradiated with ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 30 to cavitate the microbubbles individually. Bacteria in the liquid are killed by the cavitation collapse.

図6も、液体処理装置6を構成する微小気泡発生部10と超音波照射部11とを重ねて配する構成である。本図6の構成では、微小気泡発生部10の末広ノズル部22の領域Bの部分をはさんで、超音波照射部11としての超音波振動子と対向する対向面を設けた場合の例である。微小気泡発生部10の基本的構成・作用は上記図3の構成の場合と同じである。図6において、31は、超音波照射部11を構成する超音波振動子、33は対向面である。超音波振動子31と対向面33との間の間隔Dは、超音波の1/4波長の略整数倍にされている。かかる構成とすることで、領域Bで超音速流によって生成された微小気泡を、超音波振動子31からの超音波が高い効率でキャビテーション圧壊する。   FIG. 6 is also a configuration in which the microbubble generating unit 10 and the ultrasonic irradiation unit 11 constituting the liquid processing apparatus 6 are arranged to overlap each other. In the configuration of FIG. 6, an example is provided in which a facing surface facing the ultrasonic transducer as the ultrasonic irradiation unit 11 is provided across the portion of the region B of the divergent nozzle unit 22 of the microbubble generation unit 10. is there. The basic configuration and action of the microbubble generator 10 are the same as in the configuration of FIG. In FIG. 6, 31 is an ultrasonic transducer constituting the ultrasonic irradiation unit 11, and 33 is a facing surface. The distance D between the ultrasonic transducer 31 and the facing surface 33 is set to be approximately an integral multiple of a quarter wavelength of the ultrasonic wave. With such a configuration, the microbubbles generated by the supersonic flow in the region B are cavitation crushed with high efficiency by the ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 31.

図7も、液体処理装置6を構成する微小気泡発生部10と超音波照射部11とを重ねて配する構成である。本図7の構成では、微小気泡発生部10の末広ノズル部22の領域Bの部分の周囲を、超音波照射部11としての超音波振動子で囲んだ場合の例である。微小気泡発生部10の基本的構成・作用は上記図3の構成の場合と同じである。図7において、32は、超音波照射部11を構成する円筒状の超音波振動子である。超音波振動子32は、領域Bに対しその周囲から超音波を照射し、微小気泡を高効率状態でキャビテーション圧壊する。   FIG. 7 is also a configuration in which the microbubble generation unit 10 and the ultrasonic irradiation unit 11 constituting the liquid processing apparatus 6 are arranged to overlap each other. The configuration in FIG. 7 is an example in the case where the periphery of the region B of the divergent nozzle portion 22 of the microbubble generator 10 is surrounded by an ultrasonic transducer as the ultrasonic irradiation unit 11. The basic configuration and action of the microbubble generator 10 are the same as in the configuration of FIG. In FIG. 7, reference numeral 32 denotes a cylindrical ultrasonic transducer that constitutes the ultrasonic irradiation unit 11. The ultrasonic transducer 32 irradiates the region B with ultrasonic waves from its periphery, and crushes the microbubbles in a highly efficient state.

図8は、微小気泡発生部10の本体部21中に予め、液体の旋回流を形成し、渦キャビテーションを発生させるようにした場合である。図8において、34は、本体部21中に設けられ旋回流発生機構、35は、該旋回流発生機構34により発生される渦キャビテーションである。旋回流発生機構34は、液体導入口23からの層流を旋回する渦流に変換する。渦流の発生により該渦の軸上に、溶存気体による渦キャビテーション35が発生し、該渦キャビテーション35は絞り部28によりさらに大きな気泡に膨張する。このため、領域Bにおいては、より一層多くの微小気泡が形成されることになり、該形成された微小気泡は高効率にキャビテーション圧壊される。本構成では、気体の含有量が少ない場合にも、渦の軸上には気泡(渦キャビテーション35)が形成される。また、気体を外部(気体注入部13)から強制的に導入することによって、気液割合を任意に設定したり、調整したり、または、液体における気体の割合を高くすることが可能となる。液体と気体の流量比は、例えば、20%程度までは可能な見通しである。該流量比を制御することで、生成される微小気泡の大きさを制御することも可能である。   FIG. 8 shows a case where a swirl of liquid is formed in advance in the main body 21 of the microbubble generator 10 to generate vortex cavitation. In FIG. 8, 34 is a swirl flow generating mechanism provided in the main body 21, and 35 is a vortex cavitation generated by the swirl flow generating mechanism 34. The swirl flow generating mechanism 34 converts the laminar flow from the liquid inlet 23 into a swirling swirl flow. Due to the generation of the vortex, vortex cavitation 35 due to dissolved gas is generated on the axis of the vortex, and the vortex cavitation 35 is expanded into a larger bubble by the throttle portion 28. For this reason, in the region B, more and more microbubbles are formed, and the formed microbubbles are cavitation crushed with high efficiency. In this configuration, even when the gas content is low, bubbles (vortex cavitation 35) are formed on the axis of the vortex. In addition, by forcibly introducing gas from the outside (gas injection unit 13), the gas-liquid ratio can be arbitrarily set or adjusted, or the gas ratio in the liquid can be increased. The flow rate ratio between liquid and gas is expected to be possible up to about 20%, for example. It is also possible to control the size of the generated microbubbles by controlling the flow rate ratio.

上記図1〜図8で説明した本発明の実施例によれば、温泉水などの液体の品質を変えずに該液体中の細菌類を効率的に駆除することができ、循環式の液体処理が可能となる。液体の再利用化などによる運転コストの低減化も図られる。   According to the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 8 above, bacteria in the liquid can be efficiently removed without changing the quality of the liquid such as hot spring water, and the circulation type liquid treatment Is possible. The operation cost can be reduced by reusing the liquid.

なお、上記図1〜図8の実施例では、循環式温泉水処理システムに用いる液体処理装置につき説明したが、本発明はこれに限定されない。システムは循環式でなくともよいし、液体処理装置は、温泉水処理システム以外に用いられてもよいし、殺菌処理する液体も、例えば、海水、河川水、湖沼水、ダムの水、下水、汚水槽の水、養殖槽の水、水生生物の飼育用の水槽の水、バイオリアクターの液体、水耕栽培用の水など、温泉水以外の液体であってもよい。また、液体処理装置は、上記図3〜図8に示す構成のものに限定されない。例えば、本体部21と末広ノズル部22は、別体状の構成であってもよいし、一体状の構成であってもよい。   In addition, although the Example of the said FIGS. 1-8 demonstrated about the liquid processing apparatus used for a circulation type hot spring water processing system, this invention is not limited to this. The system may not be a circulation type, the liquid treatment device may be used in addition to the hot spring water treatment system, and the liquid to be sterilized may be, for example, seawater, river water, lake water, dam water, sewage, Liquids other than hot spring water, such as sewage tank water, aquaculture tank water, aquarium water for aquatic organisms, bioreactor liquid, hydroponics water, and the like may be used. Further, the liquid processing apparatus is not limited to the one shown in FIGS. For example, the main body portion 21 and the divergent nozzle portion 22 may have a separate configuration or an integrated configuration.

本発明の実施例としての循環式温泉水処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the circulation type hot spring water treatment system as an Example of this invention. 本発明の一実施例としての液体処理装置の構成例図である。It is a block diagram of a liquid processing apparatus as an embodiment of the present invention. 図2の液体処理装置を構成する微小気泡発生部の構成例図である。FIG. 3 is a configuration example diagram of a microbubble generator that constitutes the liquid processing apparatus of FIG. 2. 液体中の気泡含有率と音速との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the bubble content rate in a liquid, and a sound speed. 液体処理装置の他の実施例図である。It is another Example figure of a liquid processing apparatus. 液体処理装置の他の実施例図である。It is another Example figure of a liquid processing apparatus. 液体処理装置の他の実施例図である。It is another Example figure of a liquid processing apparatus. 液体処理装置の他の実施例図である。It is another Example figure of a liquid processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…浴槽、
2…温泉水、
3…集毛器、
4…ポンプ、
5…濾過機、
6…液体処理装置、
7…加熱器、
10…微小気泡生成部、
11…超音波照射部、
13…気体注入部、
23…液体導入口、
14…気体注入口、
21…本体部、
28…絞り部、
22…末広ノズル部、
29…先端部、
30、31、32…超音波振動子、
33…対向面、
34…旋回流発生機構、
35…渦キャビテーション。
1 ... tub,
2 ... hot spring water,
3 ... hair collector,
4 ... pump,
5 ... filter,
6 ... Liquid treatment device,
7 ... heater,
10: Microbubble generator,
11 ... ultrasonic irradiation part,
13 ... gas injection part,
23. Liquid inlet,
14 ... Gas inlet,
21 ... body part,
28: Aperture part,
22 ... Suehiro nozzle part,
29 ... the tip,
30, 31, 32 ... ultrasonic transducer,
33 ... opposite surface,
34 ... Swirl flow generating mechanism,
35 ... Vortex cavitation.

Claims (6)

液体を殺菌処理する液体処理装置であって、
液体流路上で、気体を注入された液体の流れを超音速流とし、該超音速流により該液体中の気泡を破壊して微小気泡を生成する微小気泡生成部と、
上記微小気泡生成部の上記微小気泡に超音波を照射し、該微小気泡を個々独立にキャビテーション圧壊する超音波照射部と、
を備え、上記微小気泡のキャビテーション圧壊によるエネルギーで液体中の殺菌処理を行う構成としたことを特徴とする液体処理装置。
A liquid processing apparatus for sterilizing a liquid,
On the liquid flow path, the flow of the liquid into which the gas is injected is a supersonic flow, and the microbubble generation unit generates a microbubble by destroying the bubbles in the liquid by the supersonic flow;
Ultrasonic irradiation unit for irradiating the microbubbles of the microbubble generating unit with ultrasonic waves, and cavitation crushing the microbubbles individually,
A liquid processing apparatus characterized in that the liquid is sterilized with energy by cavitation collapse of the microbubbles.
液体を殺菌処理する液体処理装置であって、
液体流路上に、気体が注入される第1の部分と、流路の断面積の変化により、液体の流速を液体中の音速よりも増大させて超音速流を形成し気泡の含有率を増大させる第2の部分と、該超音速流の突入により気泡を破壊し微小気泡を生成する第3の部分とを有して成る微小気泡生成部と、
上記生成された微小気泡に超音波を照射し、該微小気泡を個々独立にキャビテーション圧壊する超音波照射部と、
を備え、上記微小気泡のキャビテーション圧壊によるエネルギーで液体中の殺菌処理を行う構成を特徴とする液体処理装置。
A liquid processing apparatus for sterilizing a liquid,
The first portion into which the gas is injected on the liquid flow path and the change in the cross-sectional area of the flow path increase the liquid flow rate from the sonic velocity in the liquid to form a supersonic flow and increase the bubble content. A microbubble generating part comprising: a second part to be generated; and a third part that breaks the bubble by the entry of the supersonic flow and generates a microbubble;
Ultrasonic irradiation unit that irradiates the generated microbubbles with ultrasonic waves and cavitates the microbubbles individually, and
And a liquid processing apparatus characterized in that the sterilization processing in the liquid is performed with the energy generated by cavitation collapse of the microbubbles.
上記微小気泡生成部は、上記第2の部分が、流路の断面積を上記第1の部分よりも縮小させた絞り部と、液体の流れ方向に沿い該流路の断面積を該絞り部よりも次第に増大させた末広部とを有して成る構成である請求項2に記載の液体処理装置。   In the microbubble generating unit, the second part includes a throttle part in which a cross-sectional area of the flow path is reduced more than that of the first part, and a cross-sectional area of the flow path along the liquid flow direction. The liquid processing apparatus according to claim 2, wherein the liquid processing apparatus has a divergent portion that is gradually increased. 上記微小気泡生成部は、流路の下流側先端部の開角が約40゜未満とされた構成である請求項1または請求項2に記載の液体処理装置。   3. The liquid processing apparatus according to claim 1, wherein the microbubble generating unit has a configuration in which an opening angle of a downstream end portion of the flow path is less than about 40 °. 上記微小気泡生成部は、上記第1の部分が液体の旋回流を発生する構成である請求項2に記載の液体処理装置。   The liquid processing apparatus according to claim 2, wherein the microbubble generation unit is configured such that the first portion generates a swirling flow of liquid. 請求項1から5のいずれかに記載の液体処理装置と、液体をためる槽と、該槽から上記液体処理装置に液体を供給するポンプとを備え、液体を、上記槽と上記液体処理装置の間で循環させながら殺菌処理する構成としたことを特徴とする液体処理システム。
A liquid processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, a tank for storing liquid, and a pump for supplying liquid from the tank to the liquid processing apparatus, wherein the liquid is supplied to the tank and the liquid processing apparatus. A liquid processing system characterized in that it is sterilized while circulating between them.
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