(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油と水を混合した液体を処理対象液として処理するための装置であって、処理を行う容器内の前記処理対象液の流路に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする鉱石を含くむセラミックの充填部と、そのセラミックの充填部に向けて超音波を照射する超音波発生装置とを配設してなり、前記超音波発生装置を冷却するための前記液体の流路を超音波発生装置の内部に設け、前記液体を流通させることを特徴とする液体処理装置。
【請求項２】
油と水を混合した液体を処理対象液として処理するための装置であって、処理を行う容器内の前記処理対象液の流路に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする鉱石を含くむセラミックの充填部と、そのセラミックの充填部に向けて超音波を照射する超音波発生装置とを配設してなり、前記超音波発生装置を冷却するための前記液体の流路を超音波発生装置の内部に設け、前記液体の処理済液を流通させることを特徴とする液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は液体処理装置、詳しくは、油と水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。
【背景技術】
【０００２】  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。【０００３】  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。【０００４】  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。【０００５】  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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５５８７８３号公報
【特許文献２】特許第３７７６１８８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３８３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  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、油と水を混合した液体を処理対象液として処理するための装置であって、処理を行う容器内の前記処理対象液の流路に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする鉱石を含むセラミックの充填部と、そのセラミックの充填部に向けて照射する超音波発生装置とを配設してなり、前記超音波発生装置を冷却するための前記液体の流路を超音波発生装置の内部に設け、前記液体を流通させることを特徴とする。
また、請求項２に記載されるように、油と水を混合した液体を処理対象液として処理するための装置であって、処理を行う容器内の前記処理対象液の流路に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする鉱石を含くむセラミックの充填部と、そのセラミックの充填部に向けて照射する超音波発生装置とを配設してなり、前記超音波発生装置を冷却するための前記液体の流路を超音波発生装置の内部に設け、前記液体の処理済液を流通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  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。【００１０】  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。【００１１】  油と水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、特に重油との混合液体の処理に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】  本発明の液体処理装置の要部縦断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明の液体処理装置は、前記のように、油に水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、井戸水などを含む。
【００１４】  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。
【００１５】  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（成分値は質量％）は、ＳｉＯ２、：１６．５〜１８．６％、Ａｌ２Ｏ３：２．６〜４．５％、ＴｉＯ２：３４．１〜３６．２％、ＺｒＯ２：１１．０〜１３．１％、ベントナイト：２５．０〜２７．０％、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。
【００１６】  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。
【００１７】  超音波発生装置は発熱するため、超音波発生装置の内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。
【００１８】  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。
【００１９】  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。
【００２０】  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。
【００２１】  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。
【００２２】  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。
【００２３】  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。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。
【００２４】  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。
【００２５】  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。
【００２６】  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。油と水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。
【００２７】  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。
【００２８】  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。
【００２９】  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。
【００３０】  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。
【００３１】  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−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。
【００３２】  このように、キャビテ―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。
【００３３】  燃料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。
【００３４】  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。
【実施例】
【００３５】  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。【００３６】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。【００３７】  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。【００３８】
【表１】
0006746081.tif 000002
【００３９】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。【００４０】  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。【００４１】  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。【００４２】
【表２】
0006746081.tif 000003
【符号の説明】
【００４３】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
【図１】
0006746081.tif 000004