(57)【要約】  液体を処理する方法において、処理される液体が空間（１２）に導入され、キャビテーション素子（１７）の表面の領域中にガスが供給されながら液体にメカニカルキャビテーション素子（１７）が作用し、キャビテーション素子（１７）の運動によって液体中にガスを導入し、少なくとも１つの音響パワートランスデューサ（２６、２８）によって音波が液体中に直接に導入される。
2010514552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理される液体を空間（１２）中に導入するステップと、
メカニカルキャビティテーション素子（１７）の表面の領域中にガスを供給しながらメカニカルキャビテーション素子（１７）を液体に作用させ、キャビテーション素子（１７）の運動によって液体中にガスを導入するステップと、
少なくとも１つの音響パワートランスデューサ（２６、２８）によって、液体中に直接に音波を導入するステップとを備えた、液体を処理する方法。
【請求項２】
液体を導入する際に、空間（１２）は液体によって完全に満たされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）は圧電素子であることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）はさまざまな周波数の音波を放出することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
音波の周波数は４００および１５００ｋＨｚの間の範囲にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
音波の周波数は６００および１２００ｋＨｚの間の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）はパルス式に動作されることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
メカニカルキャビテーション素子（１７）は回転することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
メカニカルキャビテーション素子（１７）はディスク形状にデザインされている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１０】
ガスの供給は、キャビテーション素子（１７）の表面における最大の流速の領域で行なわれることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
液体は空間（１２）を通って流動することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
キャビテーション素子（１７）は音響パワートランスデューサ（２８）の上流に配置されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
液体は、キャビテーション素子（１７）および音波による処理に先立って、ガス抜きされることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの音響パワートランスデューサ（２６）は、キャビテーション素子（１７）の上流に配置されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
キャビテーション素子（１７）の通過と音響パワートランスデューサ（２８）の通過と
の間の時間間隔は、最大で１０秒間になることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ガスはシステム中に液体の形態で供給されることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
水の処理、特に飲料水または廃水の処理、に用いられることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
ガスは、酸化力のある性質を有する少なくとも１つのガス、特にオゾン、を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ガスは供給される前にＵＶ光によって処理されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
液体の除菌、またはバクテリア、ウイルス、たんぱく質、菌の胞子、毒素、または内分泌撹乱物質の破壊のために用いられることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
先行する請求項のいずれかに記載の方法を特に実施するための装置であって、
空間（１２）と、
空間（１２）内に配置されたメカニカルキャビテーション素子（１７）と、
キャビテーション素子（１７）の表面のすぐ近くに通じる放出口を有するガス供給手段と、
空間（１２）内に配置され、音波を空間（１２）中に直接放出するようにされた音響パワートランスデューサ（２６、２８）とを備えた、装置。
【請求項２２】
空間（１２）はキャビテーション素子（１７）の領域において非回転対称性を有することを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体を処理する方法に関する。特に、本発明は液体にガスを導入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体にガスを加えることは、多くの目的において利点がある。たとえば、それによりガスと液体との間、またはガスと液体に含まれる物質との間における化学反応を生じさせることができる。１つの可能な使用目的として水の処理があり、この水としては飲料水および下水の両方があり、適切に反応性のあるガスを導入することにより、微生物量を軽減し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
技術的な課題は、液体中に有効に導入されるガスの量の割合を増加させることにある。この割合が高いほど、ガスと液体との間の化学反応が発生する程度を強めることができる。したがって、液体中に導入されたガスの分布を超音波によって持続させることが、長い間、検討されている。
【０００４】
本発明の目的は、液体中にガスを導入する効果的な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のために、液体を処理する方法は次のステップを含む。
処理される液体を空間中に導入すること、
メカニカルキャビテーション素子を液体に作用させ、この作用はキャビテーション素子の表面の領域中にガスを供給しながら行なわれ、キャビテーション素子を動かすことによってガスを液体中に導入すること、および
少なくとも１つの音響パワートランスデューサによって、液体中に直接に音波を導入すること。
【０００６】
液体中へのガスの導入は、強いて言うなら、２つの段階でもたらされる。キャビテーション素子の手段によって、第１にガスと液体との混合が達成されるが、この時点において平均的な気泡の大きさはまだ比較的大きい。ガスはキャビテーション素子の表面に直接導入されるので、特にガス供給パイプを使って、キャビテーションプロセスによってほとんどすべての量のガスが液体に及ぶことが確実とされる。「第２の段階」として、音響パワートランスデューサによって液体中に導入された音波によりガスの気泡の大きさの減少が引き起こされ、その結果、液体の全体にわたって、平均の気泡の大きさは明確に低減される。しかしながらここで留意すべきこととして、キャビテーション素子の動きと空間の音波への曝露とは、したがってまた、ガスの導入と気泡の大きさの低減との工程は、同時に行なわれる。このようにして、液体におけるガスの音響化学的溶解が得られ、高い割合の、また特には顕著な割合のガスが、分子的に分散して溶解された形で存在している。ガスは、純粋な物質として、または混合物質として、存在し得る。
【０００７】
この方法を用いることで、平均の気泡の大きさとして、たとえば５０μｍより小さいものが得られ、気泡の多くの割合がナノメートルからオングストロームの範囲で生成され得る。
【０００８】
従来知られた方法と比して、本発明による方法は液体中に導入されるガスの割合を、明
らかに、より高めることができる。
【０００９】
液体の導入の際、空間は好ましくは液体によって完全に満たされ、その結果音波は、空間全体にわたって伝播し、全方向から液体中へ反射され得る。液体の上方にガスの体積が生じないように、導入されるガスの量は適切に選択され、またガスの導入は適切に行なわれる。
【００１０】
音響パワートランスデューサは好ましくは圧電素子であり、たとえばディスク型のデザインであってもよい。
【００１１】
１つのみ、２つ、または多数の音響パワートランスデューサを空間中に配置することができる。音響パワートランスデューサの各々は液体と直接接しており、その結果音波は直接液体中に放射される。ここで直接接触とは、パワートランスデューサからの振動が液体中に伝導固体部品によっては導入されず、たとえばソノトロードの場合のようなものではないという意味である。むしろ液体は直接パワートランスデューサに接触させられ、たとえば超音波源自身に接触させられる。
【００１２】
好ましくは、音響パワートランスデューサはさまざまな周波数の音波を放出する。複数のパワートランスデューサが設けられる場合、それらは各々、同一の周波数領域または異なる周波数領域における音波を生成する。そのような「混合した周波数」を液体に作用させたほうが、多くの量のガスを溶解させるのに有利であることが見出されている。
【００１３】
音波の周波数は好ましくは超音波領域におけるものであり、特に４００および１５００ｋＨｚの間である。６００および１２００ｋＨｚの間の周波数が特に好適に用いられる。
【００１４】
本発明の有利な実施形態において、音響パワートランスデューサはパルス式に動作され、そのパルス継続時間は、できるだけ効果的にガスの気泡が分裂させられ、またガスが液体に溶解されるように選択される。複数の音響パワートランスデューサが設けられる場合、それらのうちのすべてまたはいくつかのみがパルス式動作で動作されてもよく、パルス継続時間およびパルス周波数は同一であっても異なってもよい。
【００１５】
空間中に音波用のリフレクタを配置することもでき、このリフレクタは音波を液体中に反射する。
【００１６】
有利には、メカニカルキャビテーション素子の動きは回転運動であり、なぜならばこれにより良好なキャビテーション効果が単純な方法で達成され得るからである。メカニカルキャビテーション素子としては、流動化部を使用することが好ましく、この流動化部は、その表面に沿って最大の可能な流速の領域を生ずるような形状を付与されており、これは最大可能なキャビテーション効果を得ることでガスと液体との良好な混合を得るためである。
【００１７】
メカニカルキャビテーション素子は、たとえばディスク形状または円盤形状のデザインを有している。ここで特別の構造が設けられたディスクが用いられてもよく、この構造はたとえば楕円型のポケットであり、この構造の領域内において非常に高い流速が発生する。
【００１８】
ガスの供給は、好ましくは、キャビテーション素子の表面における最も高い流速の領域においてもたらされ、これはなぜならば、これにより特に完全な混合が達成され得ることがわかっているからである。これは上述した構造の領域において、あるいはディスクの縁の領域において行なわれ得る。
【００１９】
有利な実施形態において、液体は空間中を流動する。すなわちこの方法は、静止した液体の体積に対してよりはむしろ、通液方式に基づく個々の装置を通って流れる液体に対して適用される。
【００２０】
「空間」の文言は、ここで広い意味で解されるべきである。これは本質的に、キャビテーション素子周囲の連続的な体積から音響パワートランスデューサの周囲の体積までを言う。これらの体積は、すぐ隣り合うように、または互いにある距離をあけるように配置され得るものであり、これはキャビテーション素子により液体中に導入されたガスのガス放出によって、当然、相互に決定される。空間は１つの単一の大きめのチャンバによって形成されてもよく、この場合このチャンバ内にキャビテーション素子および音響パワートランスデューサの両方が配置される。あるいは空間は複数のチャンバによって形成されてもよく、ただしこれらのチャンバは互いに接続されるように導管によって結合され、別々のチャンバにキャビテーション素子と音響パワートランスデューサとの各々が配置される。ただし重要なのは、超音波の効果がキャビテーション素子にまで達することである。しかし常に好ましいのは、キャビテーション素子と音響パワートランスデューサとを有する空間全体にわたって可能な限り均一に、音響パワートランスデューサの音波が通過することである。
【００２１】
好ましくは、キャビテーション素子は音響パワートランスデューサの上流に配置され、それにより、キャビテーション素子によって液体中に導入された比較的大きな気泡は、その後、音響パワートランスデューサの音波を受けて、それにより「破砕」され、そしてガスが溶解される。
【００２２】
キャビテーション素子および音波による処理に先立って、液体をガス抜きしてもよい。これによる利点は、導入されるガスの溶解度が、予め液体から他のガスが除去されていることで増加されることにある。
【００２３】
ガス抜きのために、たとえば、少なくとも１つの音響パワートランスデューサがキャビテーション素子の上流に配置されてもよい。この音響パワートランスデューサは、有利には、キャビテーション素子の下流に配置されたパワートランスデューサに加えてさらに設けられる。音響パワートランスデューサの手段によるガス抜きは非常に有効であることが見出されている。このようにして、キャビテーション素子に達する液体は概ねガスを含まないものとなり、したがってガスを再びより多くの程度取り込むことができる。
【００２４】
さらに、液体がキャビテーション素子を通過するのと音響パワートランスデューサを通過するのとの間の時間間隔は、ガスの取り込みの有効性における損失の発生なしに、１０秒にまで達し得ることがわかっている。
【００２５】
ガスはシステムに液体の状態で供給されてもよく、このことはその供給および貯蔵を容易とする。たとえば液体酸素が用いられる場合、有利な冷却効果がキャビテーション素子およびその周囲の液体に対して付加的に生じ、液体の温度が有意に低下され得るので液体中のガスの溶解度が増大する。
【００２６】
本発明による方法は、水の処理に大変よく適しており、特に飲料水または廃水の処理に適している。
【００２７】
この目的で、オゾンのように、酸化力のある性質を有する少なくとも１つのガスを含むガスが特に供給される。
【００２８】
オゾンを生成するために、キャビテーション素子に供給するのに先立ってガスをＵＶ光で処理することもできる。用いられるガスが酸素または空気の場合、ＵＶ照射によって酸素がオゾンに転化される。この利点は非常に反応性の高いオゾンが液体と接触する直前まで生成されないことにある。たとえば、キャビテーション素子におけるガスの出口の直前において、またはガス供給システムにおける他の場所において、ＵＶ処理がなされ得る。この目的でＵＶランプが用いられてもよい。Ｘ線の照射またはガンマ照射もまた考えられる。
【００２９】
本発明による方法は、たとえば、液体を除菌したり、または広く、バクテリア、ウイルス、菌の胞子、毒素、または内分泌撹乱物質を破壊したり、またたんぱく質を変性したりすることに用いられ得る。さらに、水または廃水に限定されず、一般に任意の好適なガスでの液体のガス処理に用いられ得る。
【００３０】
本発明はさらに装置に関し、特に上述した方法の任意のものを実施するための装置に関する。この装置は、空間と、空間に配置されたメカニカルキャビテーション素子と、キャビテーション素子の表面のすぐ近くに通じる放出口を有するガス供給手段と、空間に配置され空間中に直接音波を放射するようにされた音響パワートランスデューサとを備える。液体を処理する際に、この空間は液体に満たされ、好ましくは完全に満たされ、それによりメカニカルキャビテーション素子の運動によって液体中にキャビテーションが引き起こされ、また音響パワートランスデューサが液体に直接に接触して音波が液体中に直接結合される。
【００３１】
キャビテーション効果を増大させるために、キャビテーション素子の領域において空間は、好ましくは、非回転対称の断面を有する。この断面は、たとえば多角形であってもよい。
【００３２】
本発明のさらなる特徴および利点は後述する例示的な実施形態の記載から、添付の図面の参照とともに、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による方法を実施するための本発明による装置の部分断面図である。
【図２】図１の装置の部分断面上面図である。
【図３】本発明による装置において用いられるための、また本発明による方法を実施するためのメカニカルキャビテーション素子の図である。
【図４】本発明による装置において用いられるための、また本発明による方法を実施するためのメカニカルキャビテーション素子の図である。
【図５】本発明による装置において、また本発明による方法において使用するための音響パワートランスデューサの図である。
【図６】本発明による装置において、また本発明による方法において使用するための音響パワートランスデューサの図である。
【図７】図５および図６による音響パワートランスデューサにおいて使用するための圧電素子の図である。
【図８】図５および図６による音響パワートランスデューサにおいて使用するための圧電素子の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、液体にガスを取り込むことによって液体を処理する方法を実施するための装置を示す。
【００３５】
液体を入れるための空間１２は、注入口１４と、放出口１６とを有する。この例におい
て、空間１２は１つの単一チャンバの形態からなる。
【００３６】
この方法は通液方式に基づいて行なわれる。すなわち、液体は注入口１４を通って空間１２中へ、また放出口１６を通って空間１２の外部に一様な速度の流れで流動する。注入口１４および放出口１６は、空間１２の対向面に配置されており、軸方向Ａにおいて互いにオフセットされている。動作中、注入口１４が空間１２の下端に位置されるように、装置１０は方向付けられる。
【００３７】
装置１０の動作中、空間１２の全体は液体によって完全に満たされる。
注入口１４の近くに、メカニカルキャビテーション素子１７が配置されている。ここではメカニカルキャビテーション素子１７は水平にまた回転可能に取付けられた円盤形状のディスクの形態を有し、流動化部としての形状を付与され、鋭利な外周端において合わさる、対向する凸面を有する。キャビテーション素子１７は、中空シャフト１８によって、連続的に制御可能なモータ２０に繋げられている。モータ２０はキャビテーション素子１７の回転速度を決定する。キャビテーション素子１７は、液体に完全に浸されており、液体中にキャビテーションが生ずる程度に高速で動かされる。
【００３８】
中空シャフト１８の内部に、ガス供給パイプ２１が形成されている（図１および図３参照）。ガス供給パイプ２１はガス供給手段の一部であり、これを介してガスはキャビテーション素子１７の表面へ導かれ液体中に導入される。このために、ガス供給パイプ２１はダクト２２に接続されており、ダクト２２は空間１２の外側に通じており、またガス供給部（図示せず）に接続されていてもよい。
【００３９】
ガスは液体の形態において供給されてもよいが、液体ガスの温度によっては、ダクト２２に入った時点でガスが既にガス状であることが有利である。たとえば液体酸素のように冷却された液体ガスを用いることにより、ガス供給手段が同時に装置１０の全体を冷却し、したがってまた空間１２中の液体を冷却することに寄与するという利点が得られる。
【００４０】
図３および図４は、キャビテーション素子１７の可能な形態を示す。キャビテーション素子１７は流動化部として形成されたディスクの形状を有し、前面４０は後面４２に比してより大きな凸の曲率を有する。キャビテーション素子１７の前面４０には２つの楕円ポケット４４が設けられている。後面４２には複数のポケット４６が形成されており、複数のポケット４６は互いに周辺にわずかにオフセットされており、ポケット４４、４６の深さはポケット４４の領域においてキャビテーション素子１７の前面４０および後面４２の間に開口部が形成されるように選択されている。図４においては、これらの開口部の２つが符号４８で示されている。この設計によれば非常に高速の流れが、キャビテーション素子１７の外周端の領域においてのみだけでなく、ポケット４４、４６の領域においても生成され、その結果、これらの場所において特に、非常に高いキャビテーション効果が引き起こされる。
【００４１】
ガス供給パイプ２１は、図３および図４において見られるように、キャビテーション素子１７の表面に直接通じている。
【００４２】
供給されるガスはダクト２２を通じて流入し、このダクト２２は横穴２５によって中空シャフト１８に接続されている。モータ２０およびキャビテーション素子１７の間に配置されたガス供給手段のこの部分は、この場合、中空シャフト１８を覆い、またキャビテーション素子１７をモータ２０と繋ぐ筐体２３内に配置されている。ガス供給パイプ２１はキャビテーション素子１７の内部の放出口において終端させられている。この放出口は複数の開口経路５０の形態で形成されている。この開口経路５０は中心軸Ｍに対して斜めに向いており、また各々がキャビテーション素子１７の表面にまで延びており、また特定の
例においては、ポケット４６の内部の表面に達している。ガス供給手段を介して輸送されるガスは、したがって、キャビテーション素子１７の表面に直接出てくるものであり、最大のキャビテーション効果の領域において液体中に導入される。開口経路５０の出口角度α（縦方向の線に対して測定されるものとして）はここではおおよそ５０度に達するが、当然、個々の適用の目的に合わせて調整され得る。
【００４３】
キャビテーション素子の表面のすぐ近くにおけるガスの供給は、また異なる場所において行なわれてもよく、キャビテーション素子を介したものに限定されるわけではない。
【００４４】
キャビテーション素子１７の領域における空間１２の断面（図１参照）は、円形形状とは異なるように選択され、また非回転対称である。これはたとえば多角形状であり、より具体的には三角形状、四角形状、または五角形状などである。このことは、キャビテーション素子１７周りの回転流の生成を抑制することで、キャビテーション効果を増大させるのに適している。
【００４５】
空間１２は、液体を空間１２の内部に保持するための壁２４によって取り囲まれている。中にキャビテーション素子１７が配置されているチャンバの他に、空間１２はまた接続導管を含む。
【００４６】
空間１２はここではまた１対の短い接続部材３０、３２を有する。接続部材３０、３２は、９０度曲がっており、そのそれぞれがそれに繋げられた音響パワートランスデューサ２６、２８を有する。接続部材３０、３２は音響パワートランスデューサ２６、２８を、キャビテーション素子１７を含むチャンバに接続する。音響パワートランスデューサ２６、２８の両方は、ここでは超音波トランスデューサの形態を有し、４００から１５００ｋＨｚまでの範囲の周波数において動作し、好ましくは６００から１２００ｋＨｚまでの範囲の周波数において動作する。接続部材３０はここでは注入口１４の高さにおいて開口しており、チャンバの周囲の方向においてそれに対して９０度オフセットされており、一方、接続部材３２は放出口１６の高さにおいて開口しており、同様にそれに対して９０度オフセットされている。２つの音響パワートランスデューサ２６、２８は互いに軸の方向に離されており、それにより一方のパワートランスデューサの音波は他方のパワートランスデューサ中へ直接には結合され得ない。音響パワートランスデューサは、要素波としての超音波エネルギーを液体に直接結合し、またキャビテーション素子１７にも結合し、より具体的にはそれぞれディスク形状をしたパワートランスデューサ２６、２８の両側において結合する。
【００４７】
音響パワートランスデューサ２６、２８の各々は、さまざまな周波数のスペクトルを同時に放出する。
【００４８】
少なくとも音響パワートランスデューサ２８と、また選択的には音響パワートランスデューサ２６とは、連続動作よりはむしろパルス式に動作され、パルス周波数とパルス継続時間とは、空間１２の個々の形態と、用いられるガスと、用いられる液体とに適合させられる。
【００４９】
図５から図８は、音響パワートランスデューサ２６、２８として用いられ得る音響パワートランスデューサの可能な形態を示す図である。
【００５０】
ディスク形状のアクチュエータ６０は、ここでは圧電体からなり、筐体６２内に配置されている。筐体６２は、好ましくは電気的に伝導性のないセラミックまたはプラスチック材からなる。前面６４の両方は電気的に伝導性を有するコンタクト層によってコートされており、これはこの場合、銀層６６である。縁の近くの円形の領域を除いて、特定のガス
においては、前面６４の両方はさらに化学的に不活性な保護層６８によってコートされており、この保護層６８は液体に接触するアクチュエータ６０の全領域を覆う。電気的に伝導性を有する層６６は、圧電体のコンタクトのためにまた励起のために機能し、可変電圧源に公知の方法で接続されている。
【００５１】
アクチュエータ６０は保護層６８および電気的に伝導性を有する層６６の間の変わり目が弾性ガスケット７０によってシールされるような方法で筐体６２に挿入されている。
【００５２】
液体は、アクチュエータ６０に直接接触するように、筐体６２に流れ込むことができる。その結果、音響パワートランスデューサは音波を液体中に直接に結合することができる。
【００５３】
液体にガスを取り込むために、キャビテーション素子１７は、液体中にキャビテーションが発生する程度に高速で回転させられる。ガスは、ガス供給手段を介して、キャビテーション素子１７の表面へと導かれる。キャビテーション効果により、ほとんどすべての量のガスは液体中に供給されるように導かれる。導入されるガスの量は、たとえば、１５℃の温度を有する井戸水中の酸素として２８５ｇ／ｈに達し得る。平均の気泡の大きさは、ここではまだ比較的大きい。空間全体は音響パワートランスデューサ２６、２８の音波によって満たされているので、キャビテーション素子１７によって生成された気泡は、さらにすぐに音波エネルギーの作用を受け、その工程で破砕され、平均の気泡の大きさはナノメートル領域におけるものとなり、また大部分の割合の気泡はオングストローム領域において生成される。この結果、導入されたガスの大部分は、いわば分子的に分散して液体中に溶解される。したがって、導入されたすべてのガスは液体中に比較的長い時間にわたって残存する。この音響化学的処理により、従来の方法を用いるのに比して、液体中に溶解されるガスの割合が高められる。本発明によるこの２段階のプロセスは、キャビテーション素子１７によるガスの導入と、それに続く、音響パワートランスデューサ２６、２８により放射される音波による、液体中に既に存在するガスの気泡の処理とに基づいている。
【００５４】
本方法は通流方式に基づいて行なわれるので、キャビテーション素子１７と、音響パワートランスデューサ２６、２８の一方または両方とを、導管によって互いに接続されただけの異なる複数のチャンバに配置することもできるであろう。その距離は、キャビテーション素子１７の通過と音響パワートランスデューサ２６、２８の通過との間で最大１０秒間が経過し得るように選択されることができることがここで見出されており、この時間において液体は一方のチャンバから他方のチャンバへと流れる。ここで留意すべきは、空間１２の形態を、音響パワートランスデューサ２６、２８の音波により空間全体が絶えず音響的に照射されるように選択することである。適当なリフレクタが空間１２内に配置されてもよい。
【００５５】
空間１２の形態と、音響パワートランスデューサ２６、２８の配置とは、空間１２において生じる定在波ができるだけ少なくなるように選択される。
【００５６】
説明された配置において、流れの観点から見た第１の音響パワートランスデューサ２６が、液体にガスが再び取り込まれる前に、液体のガス抜きのためにまた用いられてもよい。流れ込んだ液体は音響パワートランスデューサ２６の音波に直接晒され、その結果、液体中に既に溶解していたどのようなガスも液体から追い出される。キャビテーション素子１７の領域に液体が到達して初めて、再度の気体の取り込みが、特別に供給されたガスによって行なわれる。
【００５７】
下水処理場からの廃水が地表水中に放出される場合、この廃水は最新技術により十分に浄化されているものの、やはり、多数の栄養分、バクテリア、および微生物を含んでおり
、これらは健康に有害であり、川または湖での遊泳を健康に害のあるものとしてしまう。この理由で、ＥＵ規制は、海水浴場における海への放出の場合にさえ、微生物の削減を規定している。
【００５８】
装置１０の、またそれにより実施される方法の適用の１つの目的は、水の浄化であり、特に廃水の浄化である。装置１０は、たとえば下水処理場における廃水の処理のために用いられてもよい。
【００５９】
この用途の場合、供給されるガスは、好ましくはオゾンを含むものであり、初期ガスとして純粋な酸素あるいはまた空気を使用することができる。
【００６０】
オゾンを生成するために、ガス供給手段の領域においてＵＶ光による照射が与えられる。この照射はＵＶランプによって行なわれてもよく、このランプは、たとえばダクト２２、または場合によっては中空シャフト１８の領域に配置される。ＵＶランプを用いる代わりに、Ｘ線またはガンマ線による照射が行なわれてもよい。いずれにしても、高エネルギーの放射が供されることによって酸素の一部がオゾンに転化される。ガスの出口のすぐ近くでオゾンが生成されるので、その生成と液体中への導入との間でオゾンが再び分解してしまう問題は存在しない。しかしながらまた、従来のオゾン発生装置によってオゾンを発生させ、そして廃水中に供給することも可能である。
【００６１】
ガスは、たとえば液体酸素の形態のように、液体の形態でシステム中に供給されてもよいが、ダクト２２に入った際には、既にガス状の形態となっていることが好ましい。
【００６２】
オゾンは、好ましくは液体中に分子的に分散して溶解され、超音波による処理と相まって、液体の確かな除菌を達成する。バクテリア、ウイルス、菌の胞子に加えてまた、たんぱく質、毒素、または特別の関心事として内分泌撹乱物質もまた確かに破壊される。たんぱく質の場合、その破壊は主に変性によるよく知られた過程で行なわれ、より正確に言うと、たんぱく質分子の特定の化学基とのオゾンの反応によって行なわれる。
【００６３】
本発明による方法によって、従来の方法に比して、ガスは溶解された状態により長い時間保たれ得るが、これは非常に小さい気泡の大きさが達成されるためである。オングストローム程度または数ナノメートルの直径を有する気泡は、もはや、表面に直接上昇するようなより大きなガスの気泡のようには振舞わず、水よりも重いような振舞いを示して底に沈むようなことさえある。さらに、この気泡は、より大きなガスの気泡に比して、液体中でかなり長寿命である。より大きなガスの気泡と異なり、オングストロームからナノメートルの範囲の気泡の場合、気泡の内側における内部圧力は液体中の周囲の圧力におおよそ等しい。さらにこの気泡は、互いに結合してより大きな気泡を形成する傾向が明らかに小さく、よって非常に小さい気泡の成分は液体中に含まれた状態で非常に長い時間保たれる。
【００６４】
このことは、１つには、オゾンに水中の物質と反応することができる長い時間を与え、また他には、液体中のガスの気泡の細かな分布により、大きな反応面積が生じる。これらの要因は、本発明による方法の、公知の方法に比して著しく改善された有効性に寄与する。
【００６５】
本発明による方法によって、オングストロームからナノメートル範囲の極めて小さい気泡の分散を生み出すことができ、これに伴い、液体中のガスの化学的溶解が明確に増大する。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月4日(2009.9.4)
【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】
処理される液体を空間（１２）中に導入するステップと、
メカニカルキャビティテーション素子（１７）の表面の領域中にガスを供給しながらメカニカルキャビテーション素子（１７）を液体に作用させ、キャビテーション素子（１７）の運動によって液体中にガスを導入するステップと、
少なくとも１つの音響パワートランスデューサ（２６、２８）によって、液体中に直接に音波を導入するステップとを備えた、液体を処理する方法。
【請求項２】
液体を導入する際に、空間（１２）は液体によって完全に満たされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）は圧電素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）はさまざまな周波数の音波を放出することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
音波の周波数は４００および１５００ｋＨｚの間の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
音波の周波数は６００および１２００ｋＨｚの間の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
音響パワートランスデューサ（２６、２８）はパルス式に動作されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
メカニカルキャビテーション素子（１７）は回転することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
メカニカルキャビテーション素子（１７）はディスク形状にデザインされている、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ガスの供給は、キャビテーション素子（１７）の表面における最大の流速の領域で行なわれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
液体は空間（１２）を通って流動することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
キャビテーション素子（１７）は音響パワートランスデューサ（２８）の上流に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
液体は、キャビテーション素子（１７）および音波による処理に先立って、ガス抜きされることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの音響パワートランスデューサ（２６）は、キャビテーション素子（１７）の上流に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
キャビテーション素子（１７）の通過と音響パワートランスデューサ（２８）の通過との間の時間間隔は、最大で１０秒間になることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ガスはシステム中に液体の形態で供給されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
水の処理、特に飲料水または廃水の処理、に用いられることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
ガスは、酸化力のある性質を有する少なくとも１つのガス、特にオゾン、を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ガスは供給される前にＵＶ光によって処理されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
液体の除菌、またはバクテリア、ウイルス、たんぱく質、菌の胞子、毒素、または内分泌撹乱物質の破壊のために用いられることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の方法を特に実施するための装置であって、
空間（１２）と、
空間（１２）内に配置されたメカニカルキャビテーション素子（１７）と、
キャビテーション素子（１７）の表面のすぐ近くに通じる放出口を有するガス供給手段と、
空間（１２）内に配置され、音波を空間（１２）中に直接放出するようにされた音響パワートランスデューサ（２６、２８）とを備えた、装置。
【請求項２２】
空間（１２）はキャビテーション素子（１７）の領域において非回転対称性を有することを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【国際調査報告】
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