(57)【要約】  その中に離間された複数の３次元開放構造（３ＤＯＳ）基材を持つ容器本体を有し、容器本体の中を流れる汚染流体が３ＤＯＳ基材と接触する流体汚染除去装置。容器本体の周囲に配置され、汚染流体を空気と共に／空気を伴わずに注入することにより、流体力学的キャビテーションを誘発するように構成されたノズル。基材は、多孔質及び浸透性とすることができ、それによって汚染流体がその中を流れることが可能であり、気孔を通る流体の流路は、乱流及びキャビテーションを誘発する流動状態にさらされる汚染流体の体積を増大させる。さらに、３ＤＯＳ基材は、化学反応を開始させるための１つ又は複数の種類の触媒でコーティングされてよい。そのため、汚染流体が流体力学的キャビテーション形成条件により長くさらされることと、化学反応が多孔質面上で起こることにより、より多くの種類の毒性種及び不要な有機化合物の破壊及び／又は変質が可能となり、その結果、汚染除去が促進される。
2021503372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体汚染除去装置において、
流体がその中を流れることができるようにする筐体を画定する本体であって、反対側の端を有する本体と、
汚染流体源に連結され、前記本体に連結されて、流体流を前記筐体内に導入する入口開口であって、前記筐体内で前記入口開口を出る際に流体力学的キャビテーションを生成するように構成された入口開口と、
前記筐体内に配置された３次元的に開放構造とされた（３ＤＯＳ）基材であって、１０  ｐｏｒｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ（ｐｐｉ）〜５０ｐｐｉの開空度を有し、２％〜２０％の相対密度を有し、前記入口開口の付近に位置付けられて、前記３ＤＯＳ基材が前記流体流内の前記流体力学的キャビテーションを前記３ＤＯＳ基材内へと拡張することにより、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする３ＤＯＳ基材と、
前記流体流を前記筐体から排出するための出口開口と、を含み、前記入口及び前記出口開口は、前記流体流を前記筐体を横切るように方向付けるように構成される流体汚染除去装置。
【請求項２】
前記流体流は前記本体内に、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量の場合に０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａの圧力で導入される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項３】
前記３ＤＯＳ基材は、その中へと拡張された前記流体力学的キャビテーションにより、１０〜５００ＭＰａの局所的圧力及び１０００〜１０，０００Ｋの局所的温度が生じるように構成される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項４】
前記入口開口はベンチュリノズルである、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項５】
前記入口開口は、前記本体の第一の反対側の端に連結され、前記流体流の方向と整列するように向けられたノズル孔を有する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項６】
前記本体に連結されて、前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有する第二の入口開口をさらに含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項７】
前記本体に連結された複数の入口開口をさらに含み、各々が前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有する、請求項６に記載の流体汚染除去装置。
【請求項８】
前記入口開口は空気源に連結されて、流体流を前記筐体内に空気と共に導入することを可能にし、前記筐体内で前記入口開口を出る際に流体力学的キャビテーションの形成を促進する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項９】
前記３ＤＯＳ基材は、相対密度が２パーセント〜１５パーセントである発泡金属として構成された金属合金を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１０】
前記３ＤＯＳ基材は波形金属構造を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１１】
前記３ＤＯＳ基材は、３パーセント〜４パーセントの相対密度を有するカーボン発泡体を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１２】
前記３ＤＯＳ基材は、３パーセント〜２０パーセントの相対密度を有するセラミック発泡体を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１３】
前記３ＤＯＳ基材は複数の区間を画定し、各々は相互に異なる開空度及び相対密度で構成される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１４】
前記３ＤＯＳ基材は、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする化学反応を開始するために触媒でコーティングされた多孔質面を画定する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１５】
前記入口及び出口開口は配管系に連結され、それと整列されて連続的管区間を形成する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１６】
前記本体は、前記本体の周囲に設置された殺菌ＵＶ光を前記流体流に衝突させるのを可能にするために石英材料からなり、
前記３ＤＯＳ基材は、前記殺菌ＵＶ光がＵＶ照射を前記流体流に衝突させるのを可能にするために石英材料を含む、
請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１７】
流体汚染除去の方法において、
入口開口を介して汚染流体を流体源から筐体内に導入することであって、前記入口開口は、その中を通る流体流を可能にする前記筐体を画定する本体に連結される、導入することと、
前記筐体内で前記入口開口を出る際に流体力学的キャビテーションを発生させることと、
前記流体力学的キャビテーションを前記筐体内に設置された３次元的に開放構造とされた（３ＤＯＳ）基材中に拡張させることであって、前記３ＤＯＳ基材は１０  ｐｏｒｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ（ｐｐｉ）〜５０ｐｐｉの開空度を有し、３パーセント〜１５パーセントの相対密度を有し、前記３ＤＯＳ構造は前記入口開口の付近に位置付けられて、前記３ＤＯＳ基材は前記流体流の前記流体力学的キャビテーションを前記３ＤＯＳ基材へと拡張させて、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする、拡張させることと、
前記流体流を前記筐体から出口開口を介して排出することであって、前記入口と前記出口開口は前記流体流を前記筐体を横切るように方向付けるように構成される、排出することと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記流体流は前記本体内に、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量の場合に０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａの圧力で導入される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記３ＤＯＳ基材は、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする化学反応を開始するために触媒でコーティングされた多孔質面を画定する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記本体は、前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有する第二の入口開口に連結される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／５８７，０４３号及び２０１８年３月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／６４１，６７７号の利益を主張するものであり、同仮出願を参照により本願に援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は一般に、流体汚染除去に関し、より詳しくは、既存の流体汚染除去方法を改善するための３次元的に開放構造とされた材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
流体、特に水等の液体は、毒性種及びその他の不要な有機化合物で汚染されやすい。そのため、このような汚染流体を汚染除去し、処理するために様々な業界で使用されている幾つかの方法がある。これらの方法としては、超音波法、流体力学的キャビテーション、及び／又は特に触媒を援用する化学反応の使用が含まれる。
【０００４】
しかしながら、これらの既存の方法の幾つかは、物理的及び／又は空間的制約により、それらの有効性において限定的であることが多い。例えば、流体力学的キャビテーションは、流体の乱流及びキャビテーション、すなわち気体の空隙／気泡の発生の増大に依存するものであり、多くの場合、キャビテーションが発生する特定の局所的領域の汚染除去に限定される。それゆえ、有効な汚染除去が行われるようにするためには、流体流の大部分をキャビテーションにさらす必要があるであろう。他の例は、触媒を使用して化学反応を起こし、このような不要な化学物質を破壊し又は変質させることによってそれらを安全にすることである。多くの場合、単独の、又は均一な種類の触媒が使用され、これは不要な化合物の一部を標的にすることにおいてしか有効ではない可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、当然のことながら、既存の汚染除去方法を改善して、毒性種及びその他の不要な有機化合物の破壊を促進することを含めた、液体の有効な汚染除去が依然として必要である。本発明は、このニーズ及びその他に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
簡潔に、及び一般的に言えば、本発明は、汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を容易にするための１つ又は複数の３次元的に開放構造とされた（３ＤＯＳ）基材を含む流体汚染除去装置を提供する。装置は、汚染流体を、乱流を誘発するように構成された１つ又は複数のノズルを通じて導入するように構成された本体を含んでいてよく、汚染流体は、それが本体中を流れる間に１つ又は複数の３ＤＯＳ基材と接触してから、出口を通って排出される。３ＤＯＳ基材は、多孔質で浸透性を有することができ、多孔性によって流れの乱流にさらされる流体流の体積が増大しキャビテーションがさらに誘発され、それによって有毒種及び不要な有機化学物質の破壊及び又は変質が促進される。３ＤＯＳ基材はまた、その外面及び内面上で化学反応を開始させるように構成される。そのため、３ＤＯＳ基材は、汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を促進するための手段を提供する。
【０００７】
例示的な実施形態の詳細な態様において、１つ又は複数の入口開口は本体の周囲に配置され、対応するノズルを前記入口開口の各々に挿入し、その中に固定できる。各ノズルは、汚染流体を、乱流を誘発しながら、それぞれの３ＤＯＳ基材の内面及び／又は外面上に衝突するように方向付けられるような方法で噴霧するように構成される。ノズルは、３ＤＯＳ基材内の流体流に平行又は垂直等、何れの方向に向けられたノズル孔を有することもでき、汚染流体は前記ノズル孔を通じて噴霧される。ノズルはまた、異なる構成、向き、大きさであってよく、また、３ＤＯＳ基材に向けられる際の噴霧発射を変化させて汚染流体の汚染除去を最適化するように、数と位置を変えてもよい。
【０００８】
より具体的には、例示的な実施形態において、３ＤＯＳ基材は金属合金、例えばKanthal（登録商標）ブランドを含むFecralloyとも呼ばれるＦｅＣｒＡｌで構成されてよい。金属合金は、発泡金属として構成されるか、又は発泡金属と同様の特性、例えば高い弾性、引張強さ、及び熱抵抗を有するように構成できる。このような特性はまた、採用される他の何れの流体汚染除去手段に応じても変化させることができる。３ＤＯＳ基材はまた、一般的な発泡金属及びセラミック多孔体、ワイヤメッシュ並びにその他の網目状材料に見られるような、開端及び閉端気孔を含む、マイクロメートル乃至ミリメートルの範囲の開放気孔径に応じた所定の程度の気孔率、浸透性、及びくねり度を有するように構成することもできる。気孔率は、３ＤＯＳ基材中の、乱流状態となる流体の体積を増大させ、それゆえ流体内の流体力学的キャビテーションへのばく露を増大させ、さらに不要な及び毒性の化学物質をさらに破壊することを可能にする流体の流路（流れのパターン）を画定できる。３ＤＯＳ基材はさらに、その外面及び／又は内面上の活性部位を提供し、そこでは化学反応を進めることができ、同じく不要な及び毒性の化学物質の破壊につながる。３ＤＯＳ基材は、円柱形及び／又は円錐端を持つ円柱形を含む複数の形状及び大きさでも、又はノズルからの流体流を収容する形状のシート状にも構成できる。
【０００９】
例示的実施形態の詳細な態様において、３ＤＯＳ基材は、その表面が、化学反応が前記表面上で起こるようにし、それを促進するように化学的に変質させられ、それが流体ストリーム中の毒性化学物質の化学的破壊を支援することになる発泡金属として構成できる。それに加えて、発泡材料は何れの非金属材料で構成されてもよく、これは例えば酸化アルミニウム又は酸化珪素等のセラミックが含まれるがこれに限定されず、また、網目状カーボン又は開気孔構造の石英であってもよい。さらに、基材の表面は変質させられて、毒性種と変質表面の性質との間の化学的又は物理的相互作用の結果として、毒性の化学種を特異的に捕捉し、除去するようにしてよい。
【００１０】
例示的実施形態の他の詳細な態様において、３ＤＯＳ基材は、その外面及び／又は内面上で化学反応を開始させる能力を向上させるための触媒でコーティングすることができる。さらに、３ＤＯＳ基材は選択的触媒系を含むことができ、この場合、各種の触媒が３ＤＯＳ基材の異なる部分にコーティングされて、流体の特定の汚染物質を破壊し、又は変質させる異なる化学反応を促進し、加速させる。さらに、基材の入口において触媒でコーティングされ、続いて表面が特定の化学物質の吸収及び／又は吸着を可能にする材料でコーティングされた３ＤＯＳ基材によれば、不要な汚染物質の除去が最大化する。
【００１１】
例示的実施形態のまた別の詳細な態様において、流体汚染除去装置は、複数の別々の汚染除去本体を含むことができ、これらは相互に順次連結され、各汚染除去本体は、１）流体力学的キャビテーションを誘発するように構成された入口ノズルと、２）３ＤＯＳ基材部を含む。そのため、キャビテーション形成条件にさらされる汚染流体の体積が増大するが、これは、流体が各汚染除去本体の中を順次流れるからである。
【００１２】
例示的実施形態のまた別の詳細な態様において、３ＤＯＳ基材は、マンドレルを使って、又は使わずに巻かれた波形及び／又は平滑な金属帯板を含むことができ、発泡金属の特性を有する金属合金の使用に関して前述したものと同様の効果を提供する。金属帯板は、異なる角度で設置された波形金属帯板（シェブロン波形等）、さん孔波形金属帯板、及び異なる長さの金属帯板を含むことができる。
【００１３】
例示的実施形態のまた別の詳細な態様において、３ＤＯＳ基材は、円柱状に巻かれた、又は容器本体内の充填層として設置されたワイヤメッシュを含むことができ、発泡金属又は波形金属帯板の使用に関して前述したものと同様の効果を提供する。
【００１４】
例示的実施形態のまた別の詳細な態様において、流体汚染除去装置はＵＶスペクトル照射リアクタチャンバと共に使用でき、この場合、流体はリアクタチャンバの中を流れ、ＵＶ殺菌光からのＵＶ光の標的とされる。リアクタチャンバは、ＵＶ光が汚染流体に衝突できるようにする石英の壁を備えることができる。さらに、３ＤＯＳ基材は、ＵＶ光が汚染流体に継続的に衝突できるようにするために石英材料で製作できる。３ＤＯＳ基材は、石英ビーズ若しくは粒子の充填層又は、石英の支柱に融着された複数の石英粒子とすることができ、何れの方法でも流体が乱流条件にさらされる体積が増大する。
【００１５】
例示的実施形態のまた別の詳細な態様において、システムは、流体がその中を連続流又はパルス流として流れる間に流体の汚染除去を行うように構成できる。実施形態は、（１）連続流、（２）パルス流、又は（３）連続流とパルス流の両方を含むことができる。
【００１６】
本発明及び先行技術に対して実現できる利点を要約することを目的として、本発明の特定の利点を本明細書で説明している。もちろん、本発明の何れの特定の実施形態によってもこれらの利点の必ずしもすべてが実現されるというわけではないと理解されたい。それゆえ、例えば、当業者であれば、本発明は本明細書で教示されている１つの利点又は幾つかの利点を実現し、又は最適化するような方法で具現化又は実施されてよく、その際、本明細書で教示又は提案され得る他の利点が実現されるとはかぎらないことがわかるであろう。
【００１７】
これらの実施形態はすべて、本明細書において開示される発明の範囲に含まれるものとする。本発明のこれら及びその他の実施形態は、当業者にとって、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面を参照することにより明らかとなり、本発明は開示されている何れの特定の好ましい実施形態にも限定されない。
【００１８】
図面の簡単な説明
ここで、本発明の実施形態をあくまでも例として、下記のような図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による流体汚染除去装置の側方断面斜視図であり、ノズルから本体に入り、複数の３ＤＯＳ基材と接触する汚染流体を示す。
【図２】本発明による流体汚染除去装置の側方断面斜視図であり、汚染流体を本体内に異なる向きで噴霧し、円柱形の本体に円錐形の頭部を有する３ＤＯＳ基材に衝突させるノズルを示す。
【図３】本発明による流体汚染除去装置の側方断面斜視図であり、汚染流体を本体内に異なる向きで噴霧し、均一な直径の円柱形本体を有する３ＤＯＳ基材に衝突させるノズルを示す。
【図４】本発明による流体汚染除去装置の側方断面斜視図であり、配管系内を流れ、３ＤＯＳ基材と接触する汚染流体を示し、ノズルは流体流の方向に垂直な方向に向けられたノズル孔を有する。
【図５】気孔のランダムな空間構成を有するオープンセル型発泡体構造を示す。
【図６】気孔の規則的な空間構成を有する発泡金属として具現化された３ＤＯＳ基材を示す。
【図７】本発明による流体汚染除去装置を示し、入口部及び３ＤＯＳ基材部、並びに接続された配管を示す。
【図８】本発明による流体汚染除去装置を示し、順次配置された複数の汚染除去本体を示し、各汚染除去本体は入口部と３ＤＯＳ基材部を含む。
【図９】巻かれている最中の、マンドレルに取り付けられたさん孔波形金属帯板を示す。
【図１０】マンドレルを用いずに円柱状に巻かれた波形金属帯板を示す。
【図１１】層状に組み合わせ、マンドレルを用いて、又は用いずに巻くことのできるさん孔波形金属帯板を示す。
【図１２】層状に組み合わせ、マンドレルを用いて、又は用いずに巻くことのできる波形金属帯板を示す。
【図１３】さん孔波形金属帯板を示し、波形は角度の付いたシェブロン状に整列させ、このような金属帯板を層状に組み合わせて、マンドレルを用いて、又は用いずに巻くことができる。
【図１４】汚染流体を３ＤＯＳ基材中に乱流状態で噴霧するための入口オリフィス又はベンチュリを含む、流体汚染除去用ＵＶリアクタチャンバの側方断面斜視図である。
【図１５】図１４の流体汚染除去装置の側方断面図であり、石英支柱に取り付けられた石英粒子を含む３ＤＯＳ基材を示し、ＵＶランプがリアクタチャンバ付近に配置されている。
【図１６】図１４の流体汚染除去装置の側方断面図であり、充填層の状態に配置された石英粒子又はビーズを含む３ＤＯＳ基材を示し、殺菌ＵＶ光がリアクタチャンバの付近に配置されている。
【図１７】汚染流体中の不要な生物化合物及び種を破壊するためのスペクトル内の最適なＵＶ光波長を示す。
【図１８】ＵＶ波長に対する殺菌効果のグラフを示し、有効性のピークを示す。
【図１９】ベンチュリノズルを通る流体流の図であり、結果として得られる等圧線に重ねられたキャビテーション気泡経路又は軌跡を示す。
【図２０】オリフィスを通る流体流の図であり、結果として得られる等圧線に重ねられたキャビテーション気泡経路又は軌跡を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
好ましい実施形態の詳細な説明
ここで、図面、特に図１を参照すると、その中に離間された複数の３次元開放構造（３ＤＯＳ）基材１４を備える本体１０を有する流体汚染除去装置が示されており、本体１０の中を流れる１２汚染流体は３ＤＯＳ基材１４と接触することになる。ノズル１６は、本体１０の周囲に配置された入口開口内に挿入して固定し、空気と共に／空気を伴わずに汚染流体を注入して２８、流体力学的キャビテーション１８の発生を誘発するように構成できる。基材１４は、多孔質で浸透性を有するものとすることができ、汚染流体がその中を流れる１２ようにし、気孔を通る流体流路によって、乱流の、キャビテーションを誘発する流動条件にさらされる汚染流体の体積が増大する。さらに、３ＤＯＳ基材１４は、１つ又は複数の種類の触媒でコーティングされてよく、その場合、汚染流体と多孔質面との間の相互作用が化学反応を開始させることができる。そのため、汚染流体が流体力学的キャビテーションによる気体の空隙の形成及び内破により長くさらされることと、多孔質面上で起こる化学反応により、より多くの数の毒性種及び不要な有機化合物を破壊し、及び／又は変質させることができ、それによって流動流体１２の汚染除去が促進される。
【００２１】
図１〜３を参照すると、例示的実施形態は、１つ又は複数のノズル（１６、４２、４６）から汚染流体を受ける筐体を画定する本体（１０、４０）を示しており、ノズルはそれぞれの本体の周囲に配置された入口開口内に挿入され、固定される。各ノズルは、本体（１０、４０）と外部流体供給源、例えば配管系との間の流体流路を画定する。汚染流体は本体（１０、４０）内を流れ、流体の少なくとも一部は、１つ又は複数の３次元開放構造基材（１４、４４、５２）の中を流れてから、１つ又は複数の出口（例えば、図７の参照文字２０７）を通って本体から出る。流体流の正味変位は本体（１０、４０）の長さ方向軸（Ａｘ）２２に平行な方向に向かう。各ノズルは、汚染流体を均一に噴霧するように構成できる。追加的又は代替的に、実際の流体流プロファイルは、その乱流によって不均一であってもよい。
【００２２】
例示的実施形態において、流体流の変位は、入口開口（１６、４２、４６）及び出口開口（図示せず）の位置に基づいており、流体は入口開口から出口開口へと流れる。追加的又は代替的に、本体内の汚染流体の流れは連続流及び／又はパルス流とすることができる。さらに、追加的又は代替的実施形態において、入口開口は、流体を受けるためのその他の手段、例えばその他の種類の管継手と整列させ、又はそれと共に挿入できる。本体（１０、４０）は、長手方向軸２２（Ａｘ）に平行な長さ方向区間（２４、４８）を含むことができ、本体は、第一の端（２６、５０）と第二の端（図示せず）を備える両端をさらに含むことができる。本体は、管状形状としても、又は他の何れの形状としても構成できる。
【００２３】
ここで、図１を参照すると、汚染流体は、容器本体１０の長さ方向区間２４の周囲に配置された注入ノズル１６（それぞれの入口開口内に挿入される）を介して本体内に導入される。各注入ノズル１６は、長さ方向軸２２に垂直に向けられ、それによって汚染流体を３ＤＯＳ基材１４を通る流体流及び容器本体１０に対して垂直に噴霧するように構成されたノズル孔を含む。容器本体内に導入される流体のための例示的な条件には、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量の場合に０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａの範囲の圧力が含まれる。
【００２４】
それに対して、次に図２及び３を参照すると、本体４０は両側の一方５０に配置された平行噴霧注入ノズル４２と、長さ方向区間４８に配置された垂直噴霧注入ノズル４６を含み、３ＤＯＳ基材（４４、５２）は、それぞれの長さ方向区間４８の特定の長さにわたって本体４０の断面及び流体流路を占める。図２の３ＤＯＳ基材（４４）は円錐形の入口部分を含み、図３に示される３ＤＯＳ基材（５２）は均一な直径の円柱である。何れの本体（１０、４０）のノズルの数と位置も、汚染流体の汚染除去を最適に行うような方法で流体をそれぞれの３ＤＯＳ基材に向かって噴霧し、それに衝突させるように変えることができる（詳しくは後述する）。
【００２５】
さらに、ノズルの種類と孔径は入口開口（１６、４２、４６）ごとに変えて、流体の汚染除去における３ＤＯＳ基材の性能に影響を与えることができる。例えば、ベンチュリノズルを使って、より激しい乱流で流体が注入され／分散されるようにすることができる。各ノズルは、スリット、円錐、又は同様の形状とすることのできるノズル孔を含むことができ、それによって噴霧パターンを変化させて、流体流の乱流に影響を与えることができる。前述のように、各ノズル孔は、流体の流動パターンが３ＤＯＳ基材へと方向付けられ、流体流が３ＤＯＳ基材の外面及び／又は内面に衝突できるようにすることができ、これについては後で詳しく述べる。さらに、各ノズル孔は、それぞれの３ＤＯＳ基材の入口部の上で均一に相互作用するように汚染流体を噴霧するように構成できる。所与の流体汚染除去装置は、本発明から逸脱することなく、このようなノズルの数と位置のあらゆる組合せに加えて、このようなノズルの孔径、向き、及び入口構造の様々な組合せを含んでいてもよいことが理解されよう。
【００２６】
ここで、図４を参照すると、代替的実施形態において、汚染除去アセンブリは、連続管６０の中のある管区間内に含めることができ、汚染流体がその中を流れ６２、管６０は長さ方向軸（Ａｙ）６８に平行な流体流路を画定する。汚染除去アセンブリは、１つ又は複数の３ＤＯＳ基材６６と、汚染流体及び／又は空気を中若しくは高圧で注入することを含み得る、流体乱流を増大させるための注入ノズルを有するように構成された入口６４を含む。
【００２７】
引き続き図１〜４に関して、３ＤＯＳ基材（１４、４４、５２、６６）は、硬質の多孔質材料で構成でき、３ＤＯＳ基材との液体の相互作用は気孔率に基づいて増大させられる。開放構造は、基材中の空隙体積、すなわち、３ＤＯＳ基材中に占める空隙空間の総体積の関数である。例示的実施形態において、３ＤＯＳ基材はＦｅＣｒＡｌ等の金属合金で構成され、これは例えばKanthal（登録商標）ブランドで市販されている。この金属合金は、発泡金属（例えば、金属スポンジ）として構成でき、又は高い気孔率、弾性、引張強さ、及び良好な熱抵抗等、発泡金属に見られるものと同様の特性を呈することができる。追加的又は代替的に、３ＤＯＳ基材はセラミック多孔体で構成できる。気孔率、浸透性、及びくねり度等の特性は、５マイクロメートル乃至５ミリメートルの範囲の開放気孔径の関数として構成できる。さらに、気孔率を含む３ＤＯＳ基材の特性は、その基材について、例えば入口から出口等、その長さ等に沿って変化させることができる。
【００２８】
代替的又は追加的実施形態において、発泡材料は何れの非金属材料で構成されてもよく、これは例えば酸化アルミニウム又は酸化珪素等のセラミックであるがこれらに限定されず、及び／又は網目状カーボン又は開気孔構造の石英であってよい。
【００２９】
例示的実施形態において、３ＤＯＳ基材はオープンセル型気孔を利用することができ、これは金属本体内の相互接続された気孔のネットワークからなり、それによって流体は前記３ＤＯＳ基材内を通過することができる。追加的又は代替的に、セルは部分的に閉塞していても、完全に閉じていなければよく、それによって流体は依然としてその中を流れることができる。さらに、セルは３ＤＯＳ基材内にランダムに配置されても（図５）、規則的構成（図６）であってもよい。発泡セルは、発泡材料の選択及び入口動作圧に応じて、名目上１０  ｐｏｒｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ（ｐｐｉ）〜５０ｐｐｉ、ただし高くても１００ｐｐｉの範囲の開空度を含んでいてよい。さらに、発泡金属の相対密度の例示的範囲は３ＤＯＳ構造を構成する金属密度の２％〜１５％とすることができる。酸化金属の発泡構造は、相対ｐｐｉ及び密度について同様の範囲にわたり使用できる。相対密度のその他の例示的範囲は、３％〜２０％の範囲のセラミック多孔体、及び３％〜４％の範囲のカーボン多孔体を含むことができる。相対密度とは、３ＤＯＳ構造（指定された気孔率を有する）の密度を３ＤＯＳ構造を構成する中実材料（すなわち、気孔を含まない）の密度で割ったものである。３ＤＯＳ構造の気孔率は、相対密度に基づいて特定できる。
【００３０】
３ＤＯＳ構造はさらに、三角形から円形まで、異なる形状のオープンセル型構造で構成されてもよく、それによって前記３ＤＯＳ基材を通る流動パターンを制御及び／又は方向付ける手段を提供し、これによって入口流体力学的キャビテーションを生じさせる能力が高まる。そのため、乱流となり、流体力学的キャビテーションの形成を生じさせる汚染流体は、３ＤＯＳ基材内の開放構造により画定される流体流パターンにより流体力学的キャビテーションを３ＤＯＳ構造全体に拡張させるような方法で、３ＤＯＳ基材を通過し、そこから出るように構成できる。それゆえ、圧力が低下する追加の領域が形成され、さらに流体内で流体力学的キャビテーションが生じる（後述）。さらに、３ＤＯＳ基材内の流体流路（パターン）は、流体と基材の外面及び／又は内面との間の相互作用を増大させ、それによって化学反応及び／又は吸収／吸着が前記外面及び／又は内面上で発生するのを促進する（後述）。前述のように、相互接続された気孔のネットワーク又は網状組織はさらに、くねり度及び浸透性を変化させて、基材表面との相互作用を促進するように操作可能な、汚染流体が３ＤＯＳ基材内の気孔にさらされる長さと範囲に影響を与えるように構成できる。
【００３１】
３ＤＯＳ基材は、汚染流体と基材表面との間の相互作用を促進し、流体が乱流及び／又は流体力学誘発条件により長くさらされるようにするために、異なる形状、大きさ、及びボイド率とすることができる。前述のように、３ＤＯＳ基材の気孔径は、マイクロメートル乃至ミリメートル単位まで様々であってよく、指定された気孔径は流体速度、粘性、及び本体入口で流体力学的キャビテーションを生じさせる流体の入口圧力に基づく。前述のように、例示的な入口流動条件は、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量で０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａを含み、汚染流体の粘性は水のそれ（２０℃で１ｃＰ）と同程度とすることができる。３ＤＯＳ基材の壁厚は、相互接続された気孔の指定された１インチあたり気孔数（ｐｐｉ）及び密度に基づいて規定でき、このような指定はある基材の大きさ及び気孔率（ボイド率）にも影響を与える。さらに、ある３ＤＯＳ基材の気孔率はその長さに沿って変化させ、例えば３ＤＯＳ基材の中で増加させ、減少させ、又は不均一に変化させることによって、例えば、乱流をより激しくさせる、及び活性部位の数を増やす等、乱流の程度及び／又はその上で化学反応を進めるための活性部位の数を操作することができる。このような変動する気孔率は、セルの構成及び発泡体の組成を変化させることによって実現でき、これは気孔径の範囲と相対密度をばらつかせることになる様々な方法で製造できる。
【００３２】
前述のように、３ＤＯＳ基材の構造は、図３（５２）からわかるように、均一な直径の円柱とすることができる。他の例として、３ＤＯＳ基材の構造は、図１、２、及び４（１４、４４、６６）においてわかるように、一方の端で円錐とすることができる。リアクタ（本体）は、円柱以外の本体（リアクタ）設計が使用された場合には、３ＤＯＳ基材のシートも収容できる。当然のことながら、３ＤＯＳ基材の構造は、汚染除去を支援する流体力学的キャビテーション及び流体流の乱流を促進する何れの形状とすることもできる。さらに、３ＤＯＳ基材は、そこを通って流れる流体のために生じさせる背圧を限定して、１）流体が特定の流量で流れ、２）流体内の流体力学的キャビテーションの形成を誘発するための最小の駆動力（圧力差）が確実に残るように構成できる。
【００３３】
前述のように、３ＤＯＳ基材は、流体力学的キャビテーション形成条件にさらされる流体の体積を増大させるのを助けることができる。流体力学的キャビテーションは、流体中のマイクロバブルの形成、成長、及びその後の崩壊であり、その結果として、ミリ秒以内での体積あたりのエネルギー放出量が大きくなる。流体中のこのようなマイクロバブル、すなわち気体空隙の形成は、局所的な圧力低下点により誘発させることができる。３ＤＯＳ基材に関して、３ＤＯＳ基材内の基材壁に対する流体速度の複合的作用により、前記壁の下流側では、流体の流れがそれぞれの表面上で引きずられることにより圧力が低下し、その結果、キャビテーションが形成される。その後、周囲の圧力が上昇することにより、このような気体空隙の内破が発生し（すなわち、マイクロバブルの崩壊）、その結果として、局所的な圧力及び温度がそれぞれ１０ＭＰＡ〜５００ＭＰａ及び１０００Ｋ〜１０，０００Ｋとなり得る（これらに限定されない）。マイクロバブル条件の崩壊の結果として、特異な化学反応が起こり、それによって毒性種及び／又は不要な有機化合物を変質及び／又は破壊できる。化学反応は、ひとつに、流体、例えば水から形成されるラジカルにより、及び／又は流体（例えば、水）中に溶解する微量化学物質により起こる可能性がある。
【００３４】
図１９及び２０を参照すると、それぞれベンチュリノズル内（図１９）及びオリフィスを通る（図２０）場合の等圧線上に重ねられたキャビテーション気泡経路又は軌跡の図が示されている。図１９に示されるように、ベンチュリノズルを通る流体の流れにより、低圧領域にさらされる断面積が大きくなり、他方でオリフィスを通る流体の流れ（図２０）は、オリフィス穴の周囲に低圧領域を生じさせる。
【００３５】
流体力学的キャビテーションを利用した流体の汚染除去の有効性は、十分な乱流条件にさらされる流体体積の程度に依存する。そのため、３ＤＯＳ基材の使用により、このような乱流条件にさらされる流体の体積は、１）基材内に含まれる相互接続された空隙及び、２）３ＤＯＳ基材全体が流体流に対して呈する半透性バリアに基づいて増大し、それによって入口ノズルにより生成されるキャビテーション形成条件が拡張される。継続的キャビテーションもまた、流速及び流路内の３ＤＯＳ基材壁／構造に応じて３ＤＯＳ基材内で生じ得る。
【００３６】
ここで、図７を参照すると、例示的な汚染除去装置２００が示され、これは配管系２０２と接続され、流体汚染除去に対する３ＤＯＳ基材使用の有効性を評価するための実験的試験を行うように構成されている。装置２００は、流体中に流体力学的キャビテーションを誘発するように構成されたノズル（図示せず）を含む２”入口区間２０４と、３ＤＯＳ基材をその中に含むように構成された、より大径の４”区間２０６を含む。装置に接続された管２０２は１／４インチである。例示的な実験的試験において、管２０２及び装置２００の中を流れる流体は、４種類のハロゲン化炭化水素の水溶液である。水は入口ノズル２０４から５００ｇｐｄの流量、０．００５２７ＭＰａの圧力で導入される。この実験的試験では、１）入口ノズルによって誘発された流体力学的キャビテーションのみを使用し、流体が３ＤＯＳ基材とは遭遇しないこと、及び２）流体力学的キャビテーションを誘発し、その後、約５０ｐｐｉのＦｅＣｒＡｌ発泡構造を備える３ＤＯＳ基材区間中に流体を流すこと、により実現された水溶液の汚染除去が評価された。実験的試験の結果は以下のとおりである。
【００３７】
【表１】
2021503372.tif 000003
【００３８】
【表２】
2021503372.tif 000004
【００３９】
試験結果は、流体内に（入口ノズルにより）流体力学的キャビテーションを誘発し、その後、３ＤＯＳ基材区間に流体を流した場合に、汚染物濃度がより大きく低下したことを示している。具体的には、試験結果からわかるように、各ハロゲン化汚染物質の有意な低下は、流体力学的キャビテーションとＦｅｃｒａｌｌｏｙ発泡体との組合せによるものであり、これは、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ発泡体を用いない流体力学的キャビテーションでは生じさせることができない。発泡体の追加により示される寄与は、その入口から出口まで低い圧力低下又は同様の圧力差で流体がそこを通って流れ、上述の実験で実証されたような流体力学的キャビテーションにさらされる、網目状形状、すなわち発泡体、又は多孔質材料、又はメッシュ材料において見られるような複数の空隙又は開放空間を有する幾つかの構造のうちの何れによっても提供可能である。そのため、試験結果は、このような流体を乱流として、及び１つ又は複数の３ＤＯＳ基材を通じた圧力差の中に流した場合に、乱流へのばく露の延長及び、それによるキャビテーションの形成によって流体の汚染除去が改善されることを裏付けている。
【００４０】
次に図８を参照すると、追加的又は代替的実施形態において、流体汚染除去装置２０８は、相互に順次連結された複数の別々の汚染除去本体（２１０、２１２、２１４）から形成できる。最初（２１０）と最後（２１４）の逐次的本体は、流体収容系、例えば配管系（２２８、２３０）に接続でき、逐次的本体の各ペア間の接続は、その中を流れるための流路を形成する。各汚染除去本体（２１０、２１２、２１４）は入口（２１６、２２０、２２４）を含むことができ、これは流体がそれぞれの汚染除去本体に入る際にその中に流体力学的キャビテーションを誘発するように構成されるノズル（図示せず）を有する。さらに、各汚染除去本体（２１０、２１２、２１４）は３ＤＯＳ基材区間（２１８、２２２、２２６）を含むことができ、これは、流体がそれぞれの汚染除去本体中を流れる際にそれと遭遇する。そのため、逐次的に配置されたこのような汚染除去本体（２１０、２１２、２１４）は、キャビテーション形成条件にさらされる流体の体積をさらに拡大させ、それによって流体の汚染除去を促進する。図８に示されるように、配管系２２８を通って流れる流体は、第一の汚染除去本体２１０に第一の入口２１６のノズルを通じて入り、その場合、キャビテーション形成は第一のノズルにより誘発され、流体が第一の３ＤＯＳ基材区間２１８の中を流れる際にそれを横切るように広がる。流体は、第一の汚染除去本体２１０から出て、第二（２１２）及び第三（２１４）の汚染除去本体の中を順次流れ、各汚染除去本体はそれぞれの入口（２２０、２２４）のノズルを介してキャビテーション形成を誘発し、このようなキャビテーション形成条件をそれぞれの３ＤＯＳ基材区間（２２２、２２６）を介して流体中へと拡張する。流体は、第三の汚染除去本体２１４から出た後に配管系２３０に入る。
【００４１】
図８を引き続き参照すると、入口ノズルは、流体を、流体内のキャビテーション形成を誘発し、それぞれの３ＤＯＳ基材内で流体を均一に分散させる、均一分散式に噴霧するように構成できる。これは、流体力学的キャビテーションを生成する幾つかの方法の何れによって実現されてもよく、そのうちの２つの例が図１９〜２０に示されている。追加的に、第一の汚染除去本体に入る前の配管系内の流体の圧力は、すべての汚染除去本体を通じて圧力が低下し、汚染除去装置２０８の排出における最小必要圧力（すなわち、最後の逐次的汚染除去本体の下流の配管系内の圧力）を満たすのに十分に高い。各汚染除去本体を通じた圧力損失は、流体がそれぞれの入口ノズルを通過するときの圧力低下及びそれぞれの３ＤＯＳ基材を通じた圧力低下を含むことができる。
【００４２】
追加的又は代替的実施形態において、３ＤＯＳ基材は、不要な化学物質が化学反応を起こし、プロセス中に破壊され、又は変質することができるようにする、さらに多くの活性部位を提供することを支援できる。このような反応の例としては、触媒反応、すなわち、基材表面にコーティングされた触媒を通じて加速される化学反応が含まれる。さらに、３ＤＯＳ基材は選択的触媒系を利用でき、その場合、異なる種類の触媒がある基材の異なる領域に塗布される。これによって、ある３ＤＯＳ基材は、ある種類の触媒による以前の反応からは損傷を受けなかったか、又は毒性を有したままである不要な毒性種及び／又は有機化合物を特定的に標的にすることができる。例えば、１つの種類の触媒が３ＤＯＳ基材の表面にコーティングされて、基材の入口における化学反応を開始させてよく、他方で、異なる種類の触媒を同じ３ＤＯＳ基材の反対の端にコーティングされて、残っている、又は結果として生じている不要な化学物質及び化合物のための異なる一連の化学反応を開始させる。
【００４３】
３ＤＯＳ基材の表面上にコーティングし又は噴霧（若しくは結合）できるこのような触媒／材料の例としては、その上で不要又は毒性種が活性化のため（化学反応のため）のエネルギーがより少なくてよいか、又は、その結果として吸着／吸収が起こり、さらに不要／毒性種の相互作用を促進する活性表面としての役割を果たすことのできる、灰チタン石、アルミナ等の酸化物、及び／又は同様の材料が含まれる。触媒のその他の例としては、コーティング表面への貴金属又は非貴金属種等の触媒種の塗布が含まれ、その場合、コーティング表面はアルミナ又は同様の触媒支持材料であってよい。追加的又は代替的に、酸化物又はそれと同様の材料を基材の表面上にコーティング又は噴霧（若しくは結合）して、その上に活性化のためのエネルギーを低減させるための触媒を組み込んでよく、或いは触媒の活動を促進するための他の材料が噴霧又はコーティングされてよい表面としての役割を果たすようにすることができる。改質された発泡金属表面３ＤＯＳ基材上で起こる反応の例は、酸化物表面、溶解している酸素、及び／又は毒性の炭化水素との間の、何れかの触媒炭化水素酸化プロセスと同様の酸化反応とすることができる。
【００４４】
また別の実施形態において、ある３ＤＯＳ基材の入口のみに化学反応を加速させる触媒が塗布されてもよい。ある基材の残りの表面には、その代わりに触媒部位で生成される種及び／又は化合物を吸収又は吸着する材料でコーティング又は処理し、不要な毒性種及び／又は有機化合物の除去プロセスを完了させてもよい。ゼオライト及び金属有機構造体（ＭＯＦ:metalorganic framework）の化学物質は、基材上にコーティング可能でこのような吸収及び／又は吸着を助ける材料の例である。
【００４５】
当然のことながら、３ＤＯＳ基材の使用は、既存の流体汚染除去方法の何れの組合せとも使用できる。例えば、３ＤＯＳ基材は、流体力学的キャビテーション、超音波法、触媒反応、及び吸収／吸着のすべてが一緒に使用される場合に使用できる。
【００４６】
代替的又は追加的実施形態において、各入口のための注入ノズルは、汚染流体を空気と共に中又は高圧で注入することにより、流体流の乱流を増大させ、それによって各３ＤＯＳ基材表面に衝突する様々な圧力の小滴、空隙、及び／又は領域を発生させるように構成できる。入口ノズルの中に、その汚染流体噴霧時に空気を含めることは、流体がその中を流れるときに３ＤＯＳ基材中に空隙のエリアを組み込むのを助ける。そのため、流体流の乱流を増大させることにより、このような注入ノズルは、１）３ＤＯＳ基材へと直接噴霧することによって流体力学的キャビテーション形成を誘発し、２）汚染流体と３ＤＯＳ基材との間の相互作用を促進して、不要な化学物質の関わる化学反応を起こさせることを可能にする。空気は、外部の空気源から受け取り、液体供給ストリームの中に注入できる。
【００４７】
図９〜１３に関して、発泡金属として構成される金属合金の代わりに、又はそのような発泡金属と共に、波形金属構造体の使用も利用されてよく、これは幾つかの方法の何れかによって製作され、それには波形及び／又は平滑な金属帯板を巻くことを含むが、これに限定されない。同様に、巻かれた波形及び／又は平滑な金属帯板の連続を組み込んだモノリスの設置が発泡金属の代わりに利用されてよく、これも発泡金属が前述したように提供するものとほとんど同じ目的の達成に資する。モノリスは、マンドレル１２０を用いて（図９）、又は用いずに（図１０）巻くことができ、内部容器本体又は管径とマッチするある寸法まで（図３に示される３ＤＯＳ基板（５２）と同様）巻くことができる。さらに、金属帯板は、マンドレル又は異なる構成のユニットセンタに沿って巻くことができ、これは例えば、反対の角度で整列された異なる金属帯板、異なる長さの金属帯板から、及び／又は交互の長さ／角度の帯板を使用する波形である。巻くことのできる金属帯板の種類には、波形（図１２）若しくは同様に変形された金属帯板の層、有孔波形金属帯板の層（図１１）、及び／又は波形若しくは変形が入れ子式となっていない、すなわち波形／変形が相互につぶれず、それによって（金属帯板層間に）所望の当初の開放構造が保たれる層が含まれ、それによって平滑な金属帯板は不要となり得る。さらに、例えばシェブロン（図１３）又はヘリンボーンの形状で角度を付けて波形とされた金属帯板の使用を、穴がランダム又は均一に設けられた状態で利用してよく、又はシートのある区間内で変化させることができる。代替的実施形態において、波形及び／又は角度の付いた波形の金属帯板は、マンドレルの周囲に巻く代わりに、次々に重ねてもよく、この場合、帯板は入れ子式とされることなく層状にされる。波形の角度は、１インチ当たりの気孔数（ｐｐｉ）の違いに対応するように、すなわち多いｐｐｉから少ないｐｐｉへと変化させることができる。波形の金属モノリス表面を、発泡金属について前述した、触媒及び吸着／吸収面を含む特性を保持するように処理することが利用されてよい。さらに、波形及び／又は平滑な金属帯板、様々な角度、金属帯板の長さ等の上記の使用の何れの組合せも、実現される汚染除去の程度を操作するために使用できる。発泡体又は層状帯板が使用される何れの場合も、本体（リアクタ）の断面全体が完全に３ＤＯＳ基材にさらされ、流れる液体の、３ＤＯＳ基材の中を流れないすべての側流が排除される。
【００４８】
さらに、金属帯板の代替はワイヤメッシュの使用であってよく、これも円柱形に巻くことができ、それにより、発泡金属を通る流れと同様の、充填層の中への、及びそこを通る蛇行流れが生じる。代替的に、ワイヤメッシュは、所望の３次元開放構造を提供する、ワイヤメッシュの充填層を形成するように実装できる。同様に、これらの表面は発泡金属表面及び金属帯板について前述したものと同様に改質させることによって触媒及び吸着／吸収特性を高めてもよく、これにはある区間の長さにわたり特徴を変化させることが含まれる。
【００４９】
次に、図１４を参照すると、本発明による流体汚染除去装置の代替的実施形態が示されており、これはリアクタチャンバ１００と、リアクタチャンバ１００の１つの区間内に配置された３ＤＯＳ基材１０６を含む。リアクタは、金属及び／又は紫外線（ＵＶ）透過性材料、例えば石英１０２で構成できる。リアクタチャンバと基材の両方に石英１０２を使用することにより、ＵＶスペクトル照射にその中の流体流を暴露させることができ、ＵＶのランプ／光源はリアクタの外部でその付近に位置付けることができる。そのため、石英リアクタの外面全体がＵＶ放射にさらされる。
【００５０】
流体をＵＶスペクトル照射に暴露させることは、流体中に見られる生物種及び／又は非常に安定な有機化合物を破壊するために望ましいことがある。このような生物種及び／又は安定な有機化合物を有効に破壊するためのＵＶ波長範囲は、図１７及び１８に示されている。このようなＵＶスペクトル照射は、殺菌ＵＶ光からの妨害されないＵＶ光を流れる流体中へと透過させる石英の壁を有するリアクタを使用することにより実現できる。
【００５１】
ＵＶ光の存在中にキャビテーションプロセス（流体を乱流的に注入することによる）を３ＤＯＳ基材と共に組み合わせることにより、これらの不要な物質の完全な破壊を実現できる。しかしながら、前述のように、流体が３ＤＯＳ構造内を通過する際にＵＶ光を流体の中へ、及びその全体に透過させることが望まれるため、前記３ＤＯＳのための選択材料は、前述の選択材料（金属合金等）ではなく石英であろう。ここで、図１５〜１６を参照すると、石英の３ＤＯＳは、１）ビーズ、破片、又はペレット等の石英粒子１１４の充填層（図１６）又は、２）石英粒子１０８を固定位置に剛体的に保持する構造１１０の実装（図１５）の何れかの形態をとることができる。何れの方式も、キャビテーションの促進、蛇行流体流路、及び殺菌ＵＶ光１１２によるＵＶ光への連続的暴露を組み合わせるという、同じ目的の達成に資する。さらに、何れの方式においても、石英の３ＤＯＳは多孔質構造を含むことができる。ここで、図１４を参照すると、石英の３ＤＯＳ構造はリアクタ内のそれぞれのＯリングガスケットのための端板の溝の中に嵌り１１６、入口オリフィス又はベンチュリ１０４と整列して、リアクタの入口において流体力学的キャビテーションが生成されるように構成できる。
【００５２】
以上のことから当然のことながら、本発明は、その中に離間された複数の３次元開放構造（３ＤＯＳ）基材を持つ本体を有し、本体の中を流れる汚染流体が３ＤＯＳ基材と接触することになる流体汚染除去装置を提供する。ノズルは、本体の周囲に配置された入口開口の中に挿入し、固定でき、汚染流体を空気と共に／空気を伴わずに注入して、流体力学的キャビテーションの発生を誘発するように構成できる。基材は、多孔質で浸透性とすることができ、それによって汚染流体はその中を流れることができ、気孔を通る流体流路により、乱流及びキャビテーション誘発流動条件にさらされる汚染流体の体積が増大する。さらに、３ＤＯＳ基材は、１つ又は複数の種類の触媒でコーティングされてよく、その場合、汚染流体と多孔質面との間の相互作用により化学反応を開始させることができる。そのため、汚染流体が流体力学的キャビテーションからの気体空隙の形成と内破に長くさらされることと、多孔質面上で起こる化学反応により、より多くの数の毒性種及び不要な有機化合物を破壊し、及び／又は変質させ、それによって流れる流体の汚染除去を促進できる。
【００５３】
以上、本発明を現時点で好ましい実施形態に関して説明し、本発明を理解できるようにした。しかしながら、本発明を応用できる、本明細書では具体的に説明されていないその他の実施形態もある。したがって、本発明は、限定的ではなく例示的と考えるべきであり、示された形態に限定されるとみなされるべきではない。
【００５４】
本発明は例示的実施形態に関してのみ詳細に開示されているが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な実施形態を提供して、本明細書で開示されている特徴の何れか及びすべての組合せを包含できることがわかるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月29日(2020.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体汚染除去装置において、
流体がその中を流れることができるようにする筐体を画定する本体であって、反対側の端を有する本体と、
汚染流体源に連結され、前記本体に連結されて、流体流を前記筐体内に導入する入口開口であって、前記入口開口を出る際に前記筐体内で流体力学的キャビテーションを生成するように構成された入口開口と、
前記筐体内に配置された３次元的に開放構造とされた（３ＤＯＳ）基材であって、前記入口開口により生成された前記流体力学的キャビテーションが前記３ＤＯＳ基材に入りその中で連続的に広がるように前記入口開口の付近に配置され、１０  ｐｏｒｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ（ｐｐｉ）〜５０ｐｐｉの開空度を有し、２％〜２０％の相対密度を有し、前記３ＤＯＳ基材を通して前記流体力学的キャビテーションが維持されかつ連続するように構成されることにより、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする３ＤＯＳ基材と、
前記流体流を前記筐体から排出するための出口開口と、を含み、前記入口及び前記出口開口は、前記流体流を前記筐体を横切るように方向付けるように構成される流体汚染除去装置。
【請求項２】
前記流体流は前記本体内に、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量の場合に０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａの圧力で導入される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項３】
前記３ＤＯＳ基材は、その中へと拡張された前記流体力学的キャビテーションにより、１０〜５００ＭＰａの局所的圧力及び１０００〜１０，０００Ｋの局所的温度が生じるように構成される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項４】
前記入口開口はベンチュリノズルである、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項５】
前記入口開口は、前記本体の第一の反対側の端に連結され、前記流体流の方向と整列するように向けられたノズル孔を有する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項６】
前記本体に連結されて、前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有する第二の入口開口をさらに含み、前記第二の入口開口は、流体力学的キャビテーションを生成するように構成され、当該流体力学的キャビテーションが前記３ＤＯＳ基材に入りその中で維持されるように配置されている、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項７】
前記本体に連結された複数の入口開口をさらに含み、各々が前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有し、各々の前記複数の入口開口は、流体力学的キャビテーションを生成するように構成され、当該流体力学的キャビテーションが前記３ＤＯＳ基材に入りその中で維持されるように配置されている、請求項６に記載の流体汚染除去装置。
【請求項８】
前記入口開口は空気源に連結されて、流体流を前記筐体内に空気と共に導入することを可能にし、前記筐体内で前記入口開口を出る際に流体力学的キャビテーションの形成を促進する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項９】
前記３ＤＯＳ基材は、相対密度が２パーセント〜１５パーセントである発泡金属として構成された金属合金を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１０】
前記３ＤＯＳ基材は波形金属構造を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１１】
前記３ＤＯＳ基材は、３パーセント〜４パーセントの相対密度を有するカーボン発泡体を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１２】
前記３ＤＯＳ基材は、３パーセント〜２０パーセントの相対密度を有するセラミック発泡体を含む、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１３】
前記３ＤＯＳ基材は複数の区間を画定し、各々は相互に異なる開空度及び相対密度で構成される、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１４】
前記３ＤＯＳ基材は、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする化学反応を開始するために触媒でコーティングされた多孔質面を画定する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１５】
前記入口及び出口開口は配管系に連結され、それと整列されて連続的管区間を形成する、請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１６】
前記本体は、前記本体の周囲に設置された殺菌ＵＶ光を前記流体流に衝突させるのを可能にするために石英材料からなり、
前記３ＤＯＳ基材は、前記殺菌ＵＶ光がＵＶ照射を前記流体流に衝突させるのを可能にするために石英材料を含む、
請求項１に記載の流体汚染除去装置。
【請求項１７】
流体汚染除去の方法において、
入口開口を介して汚染流体を流体源から筐体内に導入することであって、前記入口開口は、その中を通る流体流を可能にする前記筐体を画定する本体に連結される、導入することと、
前記入口開口を出る際に前記筐体内で流体力学的キャビテーションを発生させることと、
前記流体力学的キャビテーションを前記筐体内に設置された３次元的に開放構造とされた（３ＤＯＳ）基材中に拡張させることであって、前記３ＤＯＳ基材は１０  ｐｏｒｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ（ｐｐｉ）〜５０ｐｐｉの開空度を有し、３パーセント〜１５パーセントの相対密度を有し、前記３ＤＯＳ構造は前記入口開口の付近に位置付けられて、前記入口開口により生成された前記流体力学的キャビテーションが前記３ＤＯＳ基材に入り、前記３ＤＯＳ基材が、当該３ＤＯＳ基材への流体流れである前記流体力学的キャビテーションを維持して、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする、拡張させることと、
前記流体流を前記筐体から出口開口を介して排出することであって、前記入口と前記出口開口は前記流体流を前記筐体を横切るように方向付けるように構成される、排出することと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記流体流は前記本体内に、３．５リットル／分〜５．０リットル／分の水流量の場合に０．２ＭＰａ〜０．５５ＭＰａの圧力で導入される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記３ＤＯＳ基材は、前記汚染流体中に含まれる毒性種及び不要な有機化合物の破壊を可能にする化学反応を開始するために触媒でコーティングされた多孔質面を画定する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記本体は、前記流体流の方向に対して垂直に向けられたノズル孔を有する第二の入口開口に連結され、前記第二の入口開口は、流体力学的キャビテーションを生成するように構成され、当該流体力学的キャビテーションが前記３ＤＯＳ基材に入りその中で維持されるように配置されている、請求項１７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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