(57)【要約】  本発明は、蒸気泡形態のキャビテーションが崩壊する出口側の作用力を大幅に増大させることにより、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などへの活用時に効果を増加させることができる水力学的スーパーキャビテーション装置に関することである。本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置は、一側には流体を供給する流体供給ラインが連結され、その内部には横断面積が徐々に減少する断面減少空間部が形成され、前記断面減少空間部の一側には前記流体供給ラインと連通する大空間部が形成され、前記断面減少空間部の他側には小空間部が形成される本体と、前記本体の一端に結合され、その内部の一側には前記本体の小空間部と連通する第１の断面増大空間部が形成され、その内部の他側には第１の断面増大空間部よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部が形成される出口蓋と、前記本体の他端に結合されて前記本体の他端を閉鎖する閉塞蓋と、前記閉塞蓋に一端が支持結合され、前記本体の内部を貫通して前記出口蓋の第２の断面増大空間部まで延びる中央棒とを含んでなる。
2014516788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側には流体を供給する流体供給ラインが連結され、その内部には横断面積が徐々に減少する断面減少空間部が形成され、前記断面減少空間部の一側には前記流体供給ラインと連通する大空間部が形成され、前記断面減少空間部の他側には小空間部が形成される本体、
前記本体の一端に結合され、その内部の一側には前記本体の小空間部と連通する第１の断面増大空間部が形成され、その内部の他側には第１の断面増大空間部よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部が形成される出口蓋、
前記本体の他端に結合されて前記本体の他端を閉鎖する閉塞蓋、及び
前記閉塞蓋に一端が支持結合され、前記本体の内部を貫通して前記出口蓋の第２の断面増大空間部まで延びる中央棒、
を含んでなる水力学的スーパーキャビテーション装置。
【請求項２】
前記流体供給ラインは外部の流体供給源と連結され、前記流体供給ライン上には前記流体供給源から前記本体内へ流体を強制供給する高圧ポンプが設置されることを特徴とする請求項１に記載の水力学的スーパーキャビテーション装置。
【請求項３】
前記本体と前記出口蓋とは一体に製造されることを特徴とする請求項１に記載の水力学的スーパーキャビテーション装置。
【請求項４】
前記閉塞蓋は、前記本体の他端に一側が圧入結合され、他側面に結合溝が形成されるインサートガイド部と、前記インサートガイド部の結合溝に結合される中央棒支持金具と、前記本体の他端に螺合されて前記インサートガイド部と前記中央棒支持金具とを前記本体に圧着させる第１のネジ蓋と、前記中央棒支持金具に螺合される第２のネジ蓋と、を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水力学的スーパーキャビテーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力学的キャビテーション装置に関し、より詳しくは、横断面が減って増えるベンチュリ部を含む管路内へ流体を貫流させる場合にベンチュリ部の前後の圧力差のため蒸気泡形態のキャビテーションが発生、増大及び崩壊することにより生じる作用力を用いて、例えば、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などを行うことができるようにする水力学的キャビテーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、横断面が減って増えるベンチュリ部を含む管路内を流体が貫流する場合に横断面が狭くなる部分では流体の速度が遅くなって圧力が上昇し、横断面が広くなる部分では流体の速度は早くなって圧力が下降するが、この時、両側の圧力差によって多くの微小な蒸気泡形態のキャビテーションが生成され、増大した後に崩壊する現象が発生する。
【０００３】
特に、蒸気泡形態のキャビテーションが崩壊する出口側には蒸気泡がいろいろな方向に互いにぶつかることにつれ衝撃波を生成することになり、これに起因して非常に高い圧力および温度が発生するだけでなく、遊離ヒドロキシルラジカル（Ｆｒｅｅ  ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）を形成する。
【０００４】
水力学的キャビテーション装置は、前述のように、横断面が減って増えるベンチュリ部を含む管路内へ流体を高圧で貫流させることにより、蒸気泡形態のキャビテーションを生成、増大及び崩壊させて生じる作用力を用いてバイオディーゼルを製造するか、またはエマルジョン油、化粧品、マヨネーズなどを乳化させたり、その他水処理、例えば冷却塔などのスケール除去、粒子破砕などを行うことができるようにする 。
【０００５】
しかし、従来の水力学的キャビテーション装置の場合には、単純な蒸気泡形態のキャビテーションの生成、増大、崩壊現象のみを利用することによって、実際には 蒸気泡形態のキャビテーションが崩壊する出口側の作用力が弱く、このため、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などの効果が劣るという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、蒸気泡形態のキャビテーションが崩壊する出口側の作用力を大幅に増大させることにより、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などへの活用時に効果を増加させることができる水力学的スーパーキャビテーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した本発明の目的を達成するために、本発明は、一側には流体を供給する流体供給ラインが連結され、その内部には横断面積が徐々に減少する断面減少空間部が形成され、前記断面減少空間部の一側には前記流体供給ラインと連通する大空間部が形成され、前記断面減少空間部の他側には小空間部が形成される本体と、前記本体の一端に結合され、その内部の一側には前記本体の小空間部と連通する第１の断面増大空間部が形成され、その内部の他側には第１の断面増大空間部よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部が形成される出口蓋と、前記本体の他端に結合されて前記本体の他端を閉鎖する閉塞蓋と、前記閉塞蓋に一端が支持結合されて前記本体の内部を貫通して前記出口蓋の第２の断面増大空間部まで延びる中央棒とを含んでなる水力学的スーパーキャビテーション装置を提供することによって達成される。
【０００８】
本発明の望ましい一態様によれば、前記流体供給ラインは、外部の流体供給源と連結されて、前記流体供給ライン上には前記流体供給源から前記本体内に流体を強制供給する高圧ポンプが設置される。
本発明の望ましい一態様によれば、前記本体と前記出口蓋とは一体に製造される。
【０００９】
本発明の望ましい一態様によれば、前記閉塞蓋は、前記本体の他端に一側が圧入結合され、他側面に結合溝が形成されるインサートガイド部と、前記インサートガイド部の結合溝に結合される中央棒支持金具と、前記本体の他端に螺合されて、前記インサートガイド部及び前記中央棒支持金具を前記本体に圧着させる第１のネジ蓋と、前記中央棒支持金具に螺合される第２のネジ蓋とを含んでなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置によれば、本体の内部に流体供給ラインと連通する大空間部、断面減少空間部、および小空間部が連続的に形成され、出口蓋の内部に小空間部と連通する第１の断面増大空間部と、第１の断面増大空間部よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部とが連続的に形成されることによって、本体のキャビテーションが単純に生成、増大、崩壊するものではなく、断面減少空間部を貫流しながら生成されたキャビテーションが第１の断面増大空間部から１次的に増大した後、第２の断面増大空間部に流入される直前に収縮された後、第２の断面増大空間部で最終的に増大した後に崩壊することで、蒸気泡形態のキャビテーションが崩壊する出口側の作用力が大幅に増大し、このため、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などの効果を増加させることができるという優れた効果がある。
【００１１】
また、本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置によれば、本体の大空間部、断面減少空間部、小空間部、及び出口蓋の第１の断面増大空間部を順次に 貫通して出口蓋の第２の断面増大空間部に至るまで中央棒が延びることによって、流体に対する摩擦接触面積が増加されて、キャビテーションの生成量と、それに伴う崩壊量が増大することで、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などの効果を一層増加させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置の使用状態を示す図である。
【図２】図２は、本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置の断面構造を示す図である。
【図３】図３は、本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置の作動説明を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の望ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。ただし、これは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が発明を容易に実施することができる程度に詳細に説明するためのことであり、これによって本発明の技術思想及び範疇が限定されることを意味しない。
【００１４】
本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置１は、横断面が減って増えるベンチュリ部を含む管路内へ流体を貫流させる場合にベンチュリ部の前後の圧力差のために蒸気泡形態のキャビテーションが発生、増大及び崩壊することにより生じる作用力を用いて、例えば、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などを行うことができるようにすることで、図１〜図３に示されているように、一側には流体を供給する流体供給ライン１１が連結され、その内部には横断面積が徐々に減少する断面減少空間部１３が形成され、断面減少空間部１３の一側には流体供給ライン１１と連通する大空間部１５が形成され、断面減少空間部１３の他側には小空間部１７が形成される本体１０と、本体１０の一端に結合され、その内部の一側には本体１０の小空間部１７と連通する第１の断面増大空間部２１が形成され、その内部の他側には第１の断面増大空間部２１よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部２３が形成される出口蓋２０と、本体１０の他端に結合されて本体１０の他端を閉鎖する閉塞蓋３０と、閉塞蓋３０に一端が支持結合されて本体１０の内部を貫通して 出口蓋２０の第２の断面増大空間部２３まで延びる中央棒４０とを含んでなる。
【００１５】
ここで、本体１０は本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置１のハウジングを形成することで、本体１０の一側には流体を供給する流体供給ライン１１が連結され、その内部には横断面積が徐々に減少する断面減少空間部１３が形成され、断面減少空間部１３の一側には流体供給ライン１１と連通する大空間部１５が形成され、断面減少空間部１３の他側には小空間部１７が形成される。
【００１６】
流体供給ライン１１は、外部の流体供給源３から本体１０内へ流体を強制供給することで、図１に示されている ように、外部の流体供給源３と本体１０とを互いに連結して、該流体供給ライン１１上には流体供給源３から本体１０内へ流体が強制供給されるように高圧ポンプが設置される。
【００１７】
断面減少空間部１３は、流体の進行方向に沿って横断面積が徐々に減少することで流体の速度を減速させるとともに、流体の圧力を増大させる役割を果たすことで、この断面減少空間部１３によって圧力差が生じて内部摩擦によって蒸気泡形態のキャビテーションが発生する。
【００１８】
断面減少空間部１３の一側に形成される大空間部１５は、流体供給ライン１１と連通する空間部であって、断面減少空間部１３へ流体を提供する役割をし、断面減少空間部１３の他側に形成される小空間部１７は、断面減少空間部１３による流体の減速状態および圧力増大状態を出口蓋２０の第１の断面増大空間部２１に至るまで保持させる役割をする。
【００１９】
前述の本体１０の一端には出口蓋２０が、例えば螺合によって結合され、この出口蓋２０はキャビテーションの崩壊による作用力が極大化された流体が噴出する出口部を形成することで、内部の一側には本体１０の小空間部１７と連通する第１の断面増大空間部２１が形成され、その内部の他側には第１の断面増大空間部２１よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部２３が形成される。
本体１０の断面減少空間部１３は、円錐台状に形成され、本体１０の大空間部１５および小空間部１７は円筒状に形成されることが好ましい。
【００２０】
第１の断面増大空間部２１は、本体１０の断面減少空間部１３を貫流することによって発生したキャビテーションを１次的に急激に増大させる役割をすることで、本体１０の小空間部１７の直径よりも一層大きい直径を有する円筒状に形成されることによって、流体の速度を急激に増大させるとともに、流体の圧力を急激に減少させることで、キャビテーションを１次的に急激に増大させる。
【００２１】
第２の断面増大空間部２３は、第１の断面増大空間部２１によって急激に増大したキャビテーションが第１の断面増大空間部２１の連結箇所で再び収縮されて２次的に増大しつつ最終的に崩壊させる役割をすることで、第１の断面増大空間部２１よりも小さい横断面積から徐々に横断面積が増大する円錐台状に形成される。
【００２２】
したがって流体供給ライン１１を介して本体１０の大空間部１５に流入した流体が本体１０の断面減少空間部１３を貫流することによって発生したキャビテーションは、第１の断面増大空間部２１を貫流しながら流速増大および圧力減少によって１次的に急激に増大した後、第１の断面増大空間部２１と第２の断面増大空間部２３とのその連結箇所の横断面減少による流速減少および圧力減少により収縮された後、第２の断面増大空間部２３を貫流することによる流速増大および圧力減少により２次的に増大及び崩壊しながら出口側に相当な圧力および熱を発生させるようになる。
前記本体１０と前記出口蓋２０は、それぞれ分離・製造されて互いに結合されてもよく、実施態様によっては一体に製造されてもよい。
【００２３】
前記本体１０の他端には閉塞蓋３０が結合されるが、この閉塞蓋３０は本体１０の他端を閉鎖するとともに後述する中央棒４０を支持する役割をするものであって、本体１０の他端に一側が圧入結合されて他側面に結合溝３１ａが形成されるインサートガイド部３１と、インサートガイド部３１の結合溝３１ａに結合される中央棒支持金具３３と、本体１０の他端に螺合されてインサートガイド部３１と中央棒支持金具３３とを本体１０に圧着させる第１のネジ蓋３５と、中央棒支持金具３３に螺合される第２のネジ蓋３７とを含んでなる。
【００２４】
また閉塞蓋３０は、中央棒支持金具３３の一部が第１のネジ蓋３５の外側に突出するように第１のネジ蓋３５には第１の貫通孔３５ａが形成され、ネジ蓋３５から突出する中央棒支持金具３３の端部に第２のネジ蓋３７が結合されて、中央棒４０の一部が第２のネジ蓋３７の外側に突出するように第２のネジ蓋３７には第２の貫通孔３７ａが形成され、第２のネジ蓋３７の内側には座金３７ｂが挿入される構造を持つ。
【００２５】
また前記閉塞蓋３０には中央棒４０の一端が支持結合され、この中央棒４０は、流体の貫流による摩擦接触面積を増大させることでキャビテーションの生成量とそれに伴う崩壊量が増大できるようにすることで、本体１０の内部を貫通して 出口蓋２０の第２の断面増大空間部２３まで延び、言い換えれば 本体１０の大空間部１５、断面減少空間部１３、小空間部１７、及び出口蓋２０の第１の断面増大空間部２１を順次に貫通して出口蓋２０の第２の断面増大空間部２３に至るまで延びる。
【００２６】
したがって、本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置１によれば、本体１０の内部に流体供給ライン１１と連通する大空間部１５、断面減少空間部１３、小空間部１７が連続的に形成され、出口蓋２０の内部に小空間部１７と連通する第１の断面増大空間部２１と、第１の断面増大空間部２１よりも小さい横断面積から横断面積が徐々に増大する第２の断面増大空間部２３とが連続的に形成されることによって、キャビテーションが単純に生成、増大、崩壊するものではなく、断面減少空間部１３を貫流しながら生成されたキャビテーションが第１の断面増大空間部２１で１次的に増大した後第２の断面増大空間部２３に流入する直前に収縮された後、第２の断面増大空間部２３で２次的に増大した後に最終崩壊することで、出口側の作用力が大幅に増大してバイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などの効果を増加させ得るようになる。
【００２７】
また本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置１の場合には、本体１０の大空間部１５、断面減少空間部１３、小空間部１７、及び出口蓋２０の第１の断面増大空間部２１を順次に 貫通して 出口蓋２０の第２の断面増大空間部２３に至るまで中央棒４０が延びることによって、流体に対する摩擦接触面積が増加されてキャビテーションの生成量およびそれに伴う崩壊量が増大することで、バイオディーゼルの製造、乳化、水処理、スケール除去、粒子破砕などの効果を一層増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明による水力学的スーパーキャビテーション装置は、バイオディーゼルの製造分野、乳化分野、水処理分野、スケール除去分野、粒子破砕分野などに多様に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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