(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体透過性の固体を貫通する流体の拡散速度を速め、取り込まれた気体を流体から放出し、流体中に溶解した固体の凝集を行い、且つ流体中の細菌を死滅させる装置にして、
流体源と連通する入口と、第一の回転流体流を流体チャンバに連通させる出口とを有する第一の対のカスケード式配列の渦巻ノズルと、
該第一の対のカスケード式配列の渦巻ノズルに対向する関係にて配置された第二の対のカスケード式配列の渦巻ノズルとを備え、
該第二の対のカスケード式配列の渦巻ノズルが、前記流体源と連通する入口と、第二の回転流体流を前記流体チャンバに連通させ、該流体チャンバ内にて第二の回転流体流を前記第一の回転流体流と衝突させる出口とを備える、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置にして、前記第一の対のカスケード式配列の渦巻ノズルが、第一の渦巻ノズルと、第二の渦巻ノズルとを備え、前記第二の渦巻ノズルの出口が、回転流体流を、前記第一の渦巻ノズル内へと連通させ、前記第一の渦巻ノズル内の回転流体流と組み合わせて、前記第一の回転流体流を形成するようになされている、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置にして、前記第二の対のカスケード式配列の渦巻ノズルが、第一の渦巻ノズルと、第二の渦巻ノズルとを備え、前記第二の渦巻ノズルの出口が、回転流体流を、前記第一の渦巻ノズル内へと連通させ、前記第一の渦巻ノズル内の回転流体流と組み合わせて、前記第二の回転流体流を形成するようになされている、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置にして、前記第一の対及び第二の対の渦巻ノズルと連通して、前記第一の対及び第二の対のカスケード式配列の渦巻ノズル内に殺菌剤を供給する手段を更に備える、装置。
【請求項５】
流体透過性の固体を貫通する流体の拡散速度を速め、取り込まれた気体を流体から放出し、流体中に溶解した固体の凝集を行い、且つ流体中の細菌を死滅させる装置にして、
流体源と連通する入口と、流体チャンバと連通する出口とを有する第一の渦巻ノズルであって、該第一の渦巻ノズルを貫通して流動する第一の流体流を回転させる第一の渦巻ノズルと、
該第一の渦巻ノズルとカスケード式に配置された第二の渦巻ノズルであって、前記流体源と連通する入口と、前記第一の渦巻ノズルと連通する出口とを有し、前記第二の渦巻ノズルを貫通して流動する第二の流体流を回転させ、該第二の流体流が前記第一の渦巻ノズルに入り且つ前記第一の流体流と組み合わさるようになされた、第二の渦巻ノズルと、
流体源と連通する入口と、前記流体チャンバと連通する出口とを有する第三の渦巻ノズルであって、前記第三の渦巻ノズルを貫通して流動する第三の流体流を回転させる第三の渦巻ノズルと、
該第三の渦巻ノズルとカスケード式に配置された第四の渦巻ノズルであって、前記流体源と連通する入口と、前記第三の渦巻ノズルと連通する出口とを有し、前記第四の渦巻ノズルを貫通して流動する第四の流体流を回転させ、該第四の流体流が前記第三の渦巻ノズルに入り且つ前記第三の流体流と組み合わさるようになされた、第四の渦巻ノズルとを備え、
前記第一及び第三の渦巻ノズルが、前記組み合わさった第一および第二の流体流ならびに前記組み合わさった第三および第四の流体流を前記流体チャンバ内にて衝突させるように互いに対向状態に配置される、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置にして、前記第二及び第四の渦巻ノズルと連通して、前記第二及び第四の渦巻ノズル内に殺菌剤を供給する手段を更に備える、装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、溶液中の無機物及び取り込んだ気体を除去するため、その分子列を破壊することにより、水及びその他の液体を処理する装置に関する。水又はその他の液体の分子列を破壊することにより、沈澱及び/又はろ過によってより容易に除去し得るように固体が凝集される一方で、気体が大気中に逃げることが可能となる。更に、分子列を自由分子、又は分子の小さい群に変化させることは、水、又はその他の液体が透過性の固体を貫通して拡散する性質の安定性を増す一方、水又はその他の液体がその透過性の固体を透過するとき、該固体に加わる圧力を増大させる。更に、本発明は、細菌の細胞構造を破裂させるような圧縮によって、水、又はその他の液体中の細菌を死滅させる。
関連技術の説明
取り込まれた気体（例えば、ＣＯ2及び／又はＮ2）及び溶融した無機物（例えば、カルシウム及び／又は鉄）を含む水及びその他の液体の特定の性質は、当該出願人の米国特許第4,261,521号に記載されている。更なる試験の結果、上記特許に開示された基本的な装置の新たな情報が得られ且つ用途が明らかになった。当該出願人の米国特許第4,261,521号の装置は、気体を追い出し且つ固体を凝集すべく任意の流体の分子列を変化させるために使用できるが、説明される流体は、開示内容を容易にし且つ発明の理解が容易であるように、水とする。
液体の形態の水の分子構造は、典型的に、共に結合した個々の５つのＨ2Ｏ分子から成る四水化物であり、このため、この四水化物の各脚部に１つのＨ2Ｏ分子が配置され、第五の分子はその中心に配置される。個々のＨ2Ｏ分子は、その水素結合のため互いに親和力がある結果、凝集して四水化物となる。更に、Ｈ2Ｏ分子の四水化物も同様の親和力を有し、このため、同様に凝集する。従って、水が比較的静止状態にあるとき、Ｈ2Ｏ分子の四水化物は協働して、結合したＨ2Ｏ分子の複数の大きい列を形成する。四水化物の列の大きさが増すにつれ、透過性の固体を貫通して拡散しようとする水の性質は低下する。結合したＨ2Ｏ分子の大きい列の多くは、透過性の固体を容易に透過しないからである。
更に、上述した分子の形態において、取り込まれた気体及び溶融した無機物の元素の形態にて、不純物が液体水に入る。即ち、液体水を構成する個々のＨ2Ｏ分子に加えて、気体及び無機物のような不純物も又、個々のＨ2Ｏ分子と結合して、四水化物の列の一部を形成する。しかしながら、列の全体を通じてＨ2Ｏ分子、気体及び無機物間に形成された結合は、価電子せん断により形成された弱い結合である。このように、当該出願人の米国特許第4,261,521号に開示されたノズル機構の作用は、水が比較的静止状態にあるとき、Ｈ2Ｏ、気体、無機物の間に形成されたこれらの弱い結合体を破壊する機能を果たす。
当該出願人の米国特許第4,261,521号には、同様の構造をした一対の渦巻ノズルであって、該ノズルを貫流する水に回転力を付与する作用を果たす渦巻ノズルが開示され且つ説明されている。これらのノズルは、該ノズルから出る水流が互いに反対方向に回転するように、対向した関係に配置される。これらのノズルは、互いに反対方向に回転する水流を高速度にて放出して、ノズル出口間の約中間にてその２つの流れを衝突させる機能を更に果たす。互いに反対方向に回転する流れが衝突する結果、水の全体に亙って圧縮波が生じ、この圧縮波は、互いに反対方向に回転する高速の流れと組み合わさって、Ｈ2Ｏ分子、気体及び無機物に対し多量の運動エネルギを付与する。更に、その圧縮波は、せん断作用を生じさせ、このせん断作用は、、流体水の分子構造を引き裂くのに役立つ。このように、これらの圧縮波、及びこれに伴う運動エネルギの増大は、個々のＨ2Ｏ分子の間、Ｈ2Ｏ分子と取り込まれた気体との間、Ｈ2Ｏ分子と溶解した無機物との間の結合を破壊することを容易にする。
具体的には、圧縮波は、Ｈ2Ｏ分子、取り込まれた気体、及び溶解した無機物を交互に圧縮および拡張させ、これにより、その個々の温度を上昇させる。この温度の上昇は、結合したＨ2Ｏ分子、気体及び無機物の原子価殻における電子エネルギ及びその活性の増大に反映する。追加された熱は、大気中に全く放出されないため、Ｈ2Ｏ分子、気体、及び無機物の温度は蓄積し続け、価電子エネルギ及び活性を更に増大させる。この蓄積した熱／エネルギは、励起された価電子を放出することによってのみ拡散される。しかしながら、少しの放出でもあれば、Ｈ2Ｏ分子、気体又は無機物間の結合を破壊させ、これらの価電子をせん断し、更に、Ｈ2Ｏ分子を構成する水素及び酸素原子と気体／分子を構成する原子との間に形成された結合の幾つかを更に破壊する。このため、十分な熱が蓄積した時点にて、価電子は放出されて自由電子となり、Ｈ2Ｏ分子、気体及び無機物の間に形成された結合を破壊する。幾つかの結合を最初に破壊すれば、その他の結合は弱くなり、このことは、圧縮波のせん断力の支援を受けて、価電子の更なる放出を促進し、このため、結合したＨ2Ｏ分子の四水化物で形成された列を形成し、その液体水をその構成部分（即ち、Ｈ2Ｏ分子、水素原子、酸素原子、気体原子及び無機物）及び自由電子に分解する。電子は、水中にて正及び負双方の多数のイオンを発生させるから、電子を放出することは極めて重要なことである。
上述の構成成分は、渦巻ノズル機構から出たとき、再び結合し始めるが、この装置に付与される増大したエネルギは、Ｈ2Ｏ分子の結合した四水化物の大きい列をせん断し、取り込まれた気体を放出し且つ水中に溶解した無機物を凝集させるから、個々のＨ2Ｏ分子及びＨ2Ｏ分子の個々の四水化物しか変態させない。Ｈ2Ｏ分子は、自由なままであり、又は、凝集して個々の四水化物にのみなる。それは、大きい列を共に保持する結合は、上述したように破壊されて、大きい列が変態する前に、長時間（約３−４週間）、静止状態でなければならないからである。
従って、より小さい寸法の個々のＨ2Ｏ分子及びＨ2Ｏ分子の個々の四水化物は、大きい列の結合したＨ2Ｏ分子と比較したとき、透過性の固体がそれらを通過する際、より小さい抵抗力しか受けないから、透過性の固体を貫通して水が拡散し得る性質が向上する。換言すれば、水を構成するより小さい個々の成分は、水が透過性の固体をより容易に通過することを可能にする。従って、所定の時間中に、より多量の水が透過性の固体を貫通して流れる。この透過性の固体を貫通して流れる水量（即ち、拡散量）が増すことは、これに対応して、水が貫流するとき、透過性の固体に対して作用する圧力（即ち、浸透圧）が増大することになる。
上述したように、水流の衝突に起因するイオン化した気体原子がその他の原子又はイオン化した原子及び自由電子と組み合わさり、気体の分子を形成するから、取り込まれた気体は大気中に放出される。形成された気体の分子は、エネルギ及び分子動作が大きく、このため、その分子には液体水から逃げて、またその気体状の形態にて大気中に戻るのに十分な力が付与される。無機物は凝集して液体水中にて固体として現れる。それは、イオン化した個々の元素無機物の原子が十分な数にて組み合わさり、関連する特定の原子に依存して、元素固体、又は固体の化合物の何れかを形成するからである。このように、当該出願人の米国特許第4,261,521号は、取り込まれた気体を放出し且つ溶解した無機物を凝集させることにより水を軟化させるものである。更に、当該出願人の米国特許第4,261,521号は、大きい列の結合Ｈ2Ｏ分子を破壊することにより、拡散速度、従って、浸透圧（即ち、浸透中の拡散を防止するに必要な圧力）を増大させ、このため、自由なＨ2Ｏ分子及びＨ2Ｏ分子の個々の四水化物が残る。
米国特許第4,261,521号の一つの改良が、当該出願人の米国特許第5,318,702号に開示されている。当該出願人の米国特許第5,318,702号は、貫通して流れる水に対し同一方向への回転力を付与する、略同一設計の一対の渦巻ノズルを含む。しかしながら、これらのノズルは、互いに対向状態にて配置されており、このため、ノズルから出る水流の回転方向は反対となる。該ノズルの各々には、渦巻ノズルの壁を貫通して伸長する少なくとも一対のスロットが設けられている。個々のスロットの各々は、渦巻ノズルの周りにて１つのチャンバと連通している一方、該チャンバは、導管を介してノズルの出口流と連通している。ノズルに対しスロットを追加すれば、当該出願人の米国特許第4,261,521号に開示されたノズルの性能が向上する。即ち、拡散速度、従って、浸透圧を依然として増大させる一方にて、追加的な取り込まれた気体が除去され、無機物の凝集寸法は著しく増大する。
これらのスロットは、水が押し出される前にノズルの周りを循環するとき、その水の一部を回転する流れから除去する機能を果たす。次に、境界化学の生成物である吹出し水が各ノズルのチャンバ及び導管を介して、反対方向に回転する２つの流れの衝突箇所を越えて形成される単一の水流に再度、導入される。渦巻ノズルの周りで回転する２つの流れから水の一部を除去する際、これらのスロットは、互いに反対方向に回転する２つの流れが衝突することで形成された幾つかのＨ2Ｏ分子、自由電子及び元素イオンを多数、略放出する。これが生ずる理由は、当該出願人の米国特許第4,261,521号に関して上述した結合の破壊過程が、互いに反対方向に回転する流れの衝突箇所にのみ制限されないからである。主として分子と原子との間の結合を破壊する運動エネルギ及びせん断作用が増大する原因となる圧縮波は、回転する２つの流れの全体に亙って連続的に移動する。このことは、圧縮波は、流入する水流の任意の位置にて結合を破壊し、これにより、自由電子を放出し且つ流入する水流の全体に亙り、正及び負のイオンを形成することを意味する。
回転する２つの流れからＨ2Ｏ分子、自由電子及びイオンを除去する際、スロットは二重の目的を果たす。第一に、Ｈ2Ｏ分子、自由電子及びイオンを除去することにより、その除去の結果、残る結合が弱くなるから、液体水をその成分に更に分離する圧縮波の機能を向上させる。残る結合が弱くなるのは、回転する流れから電荷（即ち、自由電子及びイオン）を除去することにより、電荷の空隙が生じ、この空隙は、結合した分子、原子及び原子の原子価電子間の旋回距離を長くすることを可能にするからである。より長い旋回距離は、分子及び原子、並びにその原子核の周りを旋回する原子価電子を共に結合した状態に保つ凝集力が著しく低下することを意味する。その結果、結合が破壊される前に、圧縮波の運動エネルギ及びせん断力が上廻ることを要する、エネルギ閾値が小さく変化し、このため、残りの結合が弱くなる結果、破壊した結合の数が著しく増し、これに伴い、自由電子が放出され且つイオンが形成される。
第二に、互いに反対方向に回転する流れが衝突する箇所を越えた位置にてＨ2Ｏ分子、自由電子及びイオンを再導入することは、取り込まれた気体の除去及び無機物の凝集を著しく増大させる。上述したように、気体の原子及びイオン並びに自由電子は十分なエネルギにて組み合わさり、液体水の結合力から逃れ、従って、大気中に戻ることができる。また、無機物のイオンも結合して、元素又は化合物の固体を形成する。再組み合わせの大部分が為された後に、より多数のイオン及び自由電子を導入することにより、取り込まれた気体が逃げ、無機物がの凝集する結果となる上記の過程が更に続けられる。
例えば、幾つかのイオンが固体の化合物を形成したならば、その化合物の電荷は釣合いがとられる、即ち、換言すれば打ち消されて零になる。しかしながら、自由電子又はその他のイオンが導入されたとき、電気的に釣り合った化合物は、自由電子を捕獲し、再度イオン化される傾向となる。再度イオン化された化合物は、その余分な電荷を釣り合わせようとして逆に帯電した導入イオン又はその前に形成された化合物を求める。逆に帯電した原子又は化合物が探知されたならば、その２つの粒子は結合し、これにより、その前よりも大きい固体化合物を形成する。この結合過程は、スロットにより追加的な自由電子及びイオンが導入される限り続けられ、このことは、ノズルに繰り返し通すことにより、その結果が向上することを意味する。このように、スロット付きノズルの作動中、かなり大きい元素又は化合物の固体が形成されることが明らかである。かかる固体は、沈澱又はろ過により容易に除去される。このため、ノズル機構にスロットを形成すれば、取り込まれた気体の除去が著しく向上し、これにより、溶液中の無機物が固体を形成し更に凝集する性質を著しく増大させる。
当該出願人の米国特許第4,261,521号及び同第5,318,702号の双方は、取り込まれた気体及び懸濁中の無機物を除去するのに有効であるが、溶液からより多くの取り込まれた気体を除去し、ろ過又は沈澱により無機物の凝集を増してその除去を促進し、また、液体中に見られる分子列の大きさを著しく小さくするノズルを形成することが望ましい。当該出願人の新規な発明は、これを実現する新規な設計のノズルを提供するものである。当該出願人の主眼は、主として人間が消費する水を処理するものであるが、色々な目的のためにその他の液体を同様の方法で処理することも可能であることが理解すべきであり、その多くは、当該出願人の以前の特許に記載されている。
発明の概要
本発明は、主として、カルシウム、鉄、硫黄及びマンガンのような無機物並びに窒素及び二酸化炭素のような気体を除去する装置を使用して、飲料水を製造することに関するものである。更に、本発明は、水の殺菌手段も提供する。特定の無機物、具体的には、カルシウムを除去する理由の１つは、それがパイプ、コーヒーポット及びその他の金属の表面に付着するのを防止するためである。また、洗濯の目的のために水を軟化させるべくあらゆる種類の無機物を除去することも必要である。更に、より重要なことは、不快な匂い、味及び色を生じさせる無機物を除去することが可能なことである。
本発明によれば、渦巻ノズル装置は、カスケード式に配列された渦巻ノズル対を有しており、該対の渦巻ノズルは、第一の渦巻ノズルを備えており、該第一の渦巻ノズルは、該第一の渦巻ノズルに対してカスケード式に配置された第二の渦巻ノズルを有している。該渦巻ノズル装置は、第二の対のカスケード式配列の渦巻ノズルを更に備え、該第二の対の渦巻ノズルは、第三の渦巻ノズルを備えており、該第三の渦巻ノズルは、該第三の渦巻ノズルに対してカスケード式に配置された第四の渦巻ノズルを有している。より具体的には、第二のノズルからの出口は、第一のノズルへの入口と連通し、第四のノズルからの出口は第二のノズルへの入口と連通する。４つの渦巻ノズルの各々は、入口を通る水を受け取り、この入口は、水供給源と連通し、貫流して流れ、水に回転力を付与する。
カスケード式配列の渦巻ノズル対は、互いに対向する状態に配置され且つチャンバと連通しており、このため、第一及び第三のノズルから出る水流は、互いに反対方向に回転して、該チャンバの約中間点にて衝突する。第一及び第三のノズルから出る、互いに反対方向に回転する２つの流れが高速にて衝突して水の全体に亙って圧縮波を形成する。この圧縮波は、結合したＨ2Ｏ分子の列内に取り込まれたＨ2Ｏ分子、気体及び無機物に多量の運動エネルギを付与する。更に、この圧縮波は、Ｈ2Ｏ分子、気体及び無機物の間の結合の間にせん断作用を生じさせ、このことは、液体水の分子構造を引き裂くのに役立つ。このように、圧縮波及びそれに伴う運動エネルギの増大は、個々のＨ2Ｏ分子の間の結合、Ｈ2Ｏ分子と取り込まれた気体との間の結合、Ｈ2Ｏ分子と溶解した無機物との間の結合を破壊することを容易にする。
第二及び第四のノズルは、そのそれぞれのノズル内に追加的な水流を導入し得るように第一及び第三のノズルに対してカスケード式に配置されている。該追加的な水流は、第一及び第三のノズルに入り、第一及び第三のノズル内の水の速度を速める。この速度の増大は、これに対応して第一及び第三のノズルにより水内に生じた圧縮波の強さを増大させる。更に、第二及び第四のノズルからの追加的な水流が第一及び第三のノズルにそれぞれ入る水流と接触すると、これらの水流は水流の間にせん断作用を生じさせ、このことは、液体水の分子構造を引き裂くのに役立つ。従って、追加的な水流を導入することと、これに対応して第一及び第三のノズルに入る水流と衝突することとは、第一及び第三のノズル間のチャンバ内にて互いに反対方向に回転する２つの流れ同士が衝突する効果を向上させる。作動時、第二及び第四のノズルは、第一及び第三のノズルにそれぞれ回転する流れを導入し、該回転する流れは、これらのノズルを通じて回転する流れと組み合わさり、第一及び第三のノズルから出る流れの速度を速める。この増大した速度の結果、衝突した流れ間の打撃力が増大し、このことは、圧縮波をより大きくさせる。更に、第一及び第三のノズル内に導入された回転する流れは、これらのノズルに入る流れを打撃して、圧縮波を生じさせ、該圧縮波は、これらの流れが第一及び第四のノズルから出てチヤンバ内で衝突する前であっても、Ｈ2Ｏ分子、気体及び無機物間の結合を破壊させ始める。こうした圧縮波は、第二及び第四のノズルから出る水と第一及び第三のノズルにそれぞれ入る水とが衝突する結果として開始され、第一及び第三のノズルから出る、互いに反対方向に回転する流れ同士が衝突することで形成された圧縮波と組み合わされる。その結果、カスケード式に配列されたノズル内の水流を横断する圧縮波の大きさが増し、このことは、Ｈ2Ｏ分子、気体及び無機物に多量の運動エネルギを付与し、これにより、液体水の分子構造に対して作用するせん断作用を増大させることになる。
更に、第二及び第四のノズルからそれぞれ第一及び第三のノズルに入る水流は、約直角にて第一及び第三のノズルに入る水と接触し、その間にせん断作用を生じさせる。即ち、第二及び第四のノズルからの流れ及び第一及び第三のノズルからの流れがそれぞれ第一及び第三のノズルへの入口にて接触すると、該水流を貫流して進む圧縮波の結果として、既に弱い状態にあるから、その衝突のせん断力がＨ2Ｏ分子、気体及び無機物間の結合を破壊する。
このように、水流の速くなる速度及びそれに伴う大きさが増した圧縮波は、カスケード式に配列された渦巻ノズルの対の間の混合箇所にて生じたせん断作用と相俟って、全体的に作用し、渦巻ノズル装置を貫通して流れる液体流の分子構造の破壊を促進する。上記の各々は、Ｈ2Ｏ分子の結合した四水化物により形成される列内に取り込まれたＨ2Ｏ分子、気体及び無機物の温度を上昇させる機能を果たす。この熱／エネルギの増加の結果、価電子が放出され、この電子は、Ｈ2Ｏ分子、気体及び/又は無機物間の結合を破壊し、これらの原子価電子をせん断する。こうした結合の破壊により、Ｈ2Ｏ分子の結合した四水化物こより形成された列は、分解してその成分（即ち、Ｈ2Ｏ分子、水素原子、酸素原子、気体原子及び無機物）に、及び自由電子になる。更に、圧縮波により分離されて、既に結合したＨ2Ｏ分子の列が既に弱った状態にあるから、第二及び第四のノズルからそれぞれ第一及び第三のノズルに入る水流のせん断作用は、追加的な結合を分離して、液体水をその成分に更に変化させる。
従って、本発明のノズル装置は、当該出願人の従来のノズルの設計を改良するものであり、それは、このノズル装置は、追加的なせん断作用と相俟って大きさが増した圧縮波を生じさせ、結合したＨ2Ｏ分子の列における成分をその成分に更に変化させるからである。その結果、より多くの電子が放出されるために水中により多くのイオンが形成された状態にて、本発明のカスケード式配列のノズルの設計は、より多くの気体を放出し且つより多くの無機物をより大きい大きさにて凝集させる。より具体的には、イオン及び原子の量が増した状態にて、イオン化された気体が組み合わさって、大気中に放出される気体を形成し、イオン化された元素無機物の原子が組み合わさって固体の元素又は固体の化合物を形成し、これらは、容易にろ過し又は沈澱により除去するのに十分な大きさとなる。
更に、より多くの電子を放出するために、Ｈ2Ｏ分子の結合した四水化物により形成される列をより多量に破壊することにより、本発明のカスケード式配列のノズルの設計は、処理後の水が透過性の固体を貫通して拡散する性質を著しく増大させる。即ち、Ｈ2Ｏ分子の結合した四水化物により形成される列をより効果的にせん断することにより、該列から放出される自由なＨ2Ｏ成分及びＨ2Ｏ分子の個々の四水化物の量が増す。その結果、より小さい大きさの個々のＨ2Ｏ分子及びＨ2Ｏ分子の個々の四水化物は、透過性の固体を貫通する際にその固体から受ける抵抗力が小さい。即ち、水を構成する個々の成分がより小さいため、水が透過性の固体を貫通してより容易に流れることが可能となる。その結果、所定の時間内に透過性の固体を貫通して流れる水流が増大する。この透過性の固体を貫通して流れる水量（即ち、拡散量）が増大する結果、これに対応して、水が貫通して流れるときに透過性の固体に作用する圧力（即ち、浸透圧）が増加する。
更に、本発明のカスケード式配列の渦巻ノズルは、水中の細菌を死滅させる。具体的には、圧縮波が水流を横断するとき、これらの圧縮波は、細菌を迅速に膨張且つ収縮させる。この迅速な膨張及び収縮の結果、細菌の細胞構造が分裂し、これにより、その細菌が死滅する。このように、本発明のカスケード式配列のノズルを通って流れる水中の細菌を少なくすることができ且つ全く存在しないようにすることさえも可能である。
このため、本発明の一つの目的は、液体中の気体を放出し且つ固体を凝集させるカスケード式配列の渦巻ノズルの設計を提供することである。
本発明の別の目的は、透過性の固体を貫通して拡散する液体の性質を増大させ、これにより、その液体の浸透圧を上昇させるカスケード式配列の渦巻ノズルの設計を提供することである。
本発明の更に別の目的は、液体中の細菌を死滅させるカスケード式配列の渦巻ノズルの設計を提供することである。
本発明の更に別の目的、特徴及び有利な点は、以下の説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のカスケード式配列の渦巻ノズル装置を示す側面図である。図２は、本発明のカスケード式配列の渦巻ノズル装置を示す、図１の線２、２に沿った断面正面図である。
好適な実施の形態の詳細な説明
図１及び図２に図示するように、カスケード式配列の渦巻ノズル装置１０は、任意の標準的な機械加工又は成形方法を使用して一体に形成された円筒形の本体部分１１、１２を備えている。円筒形の本体部分１２は、チャンバ１３を画成し、入口１４を有しており、該入口は、井戸水又は水道水源のような任意の適当な流体源に取り付けられている。円筒形の本体１１はチャンバを画成し、また、出口１５を有しており、該出口１５は、蛇口、シャワー、又はホースのような任意の適当なリザーバ又は任意の適当な流体供給手段に取り付けられる。カスケード式配列の渦巻ノズル装置１０を使用して、任意の流体中の気体を放出し、固体を凝集させ、細菌を死滅させることができるが、便宜上、説明する流体は水とする。円筒形の本体部分１１は、そのチャンバ内に渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１を収容している。更に、円筒形の本体１１は、円筒形の本体部分１２のチャンバ１３と連通する入口２２乃至２５を有している。この渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１の構造は、その開示内容を参考して引用して本明細書に含めるところの当該出願人の米国特許第4,261,521号、同第4,957,626号及び同第5,318,702号に記載されたものと同様である。渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１の各々は、任意の標準的な機械加工又は成形方法を使用して渦巻ノズル２６乃至２９の一部を画成する形状とされている。
渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９は、その内端縁が突起３３乃至３５に接触する迄、円筒形の本体部分１１により画成されたチャンバ内に挿入する。突起３３乃至３５は、円筒形の本体部分１１内に画成されたチャンバの中心内に渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９が完全に挿入されることを防止する。渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９は、円筒形の本体部分１１内に画成されたチャンバ内に着座し、このため、これらのブロックは、出口１５と連通するチャンバ３０を画成する。渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９は、それぞれＯリング３１、３２を備えており、これらのＯリングは、渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９と円筒形の本体部分１１の内面との間に流体シールを形成する。
渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９を図２に図示した位置に挿入した後、渦巻ノズル組立体ブロック１７、２０がそれぞれ渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９の後方部分に当接する迄、これらのブロックを挿入する。最後に、渦巻ノズル組立体ブロック１６、２１が旋回流のノズル組立体ブロック１７、２０の後方部分に当接する迄、これらのブロックを挿入する。渦巻ノズル組立体ブロック１６、２１は、それぞれＯリング３６、３７を有しており、該Ｏリングは、渦巻ノズル組立体ブロック１６、２１と円筒形の本体部分１１の内面との間に流体シールを形成する。
円筒形の本体部分１１は、円筒形の本体部分１１の一端の入口内に嵌まる板３８、３９を備えている。板３８、３９は、それぞれ、ねじのような任意の適当な手段を使用して渦巻ノズル組立体ブロック１６、２１上に取り付けられて、円筒形の本体部分１１により画成されたチャンバと渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１とを固着する。
円筒形の本体部分１１により画成されたチャンバ内に渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１を配置し且つ固着した状態にて、渦巻ノズル組立体ブロック１６乃至２１は、渦巻ノズル２６乃至２９及び導管４０、４１を画成する。渦巻ノズル２７、２８は、互いに対向した関係に配置されており、このため、その出口４２、４３からそれぞれ出る水流はチャンバ３０の略中間点にて衝突する。渦巻ノズル組立体ブロック１８、１９は、それぞれ渦巻ノズル２７、２８の截頭円錐形の内面４４、４５を画成する。渦巻ノズル組立体ブロック１７が渦巻ノズルブロック１８と当接することで、円形部分４６と、入口23に連通する通路48とが画成される。更に、渦巻ノズル２６からの出口５６は、渦巻ノズル２７の円形部分４６に連通する。同様に、渦巻ノズルブロック１９、２０は、円形部分４７と、入口２４に連通する通路４９とを画成する一方、渦巻ノズル２９からの出口５７は、渦巻ノズル２８の円形部分４７に連通する。
渦巻ノズル組立体ブロック１７は、截頭円錐形の内面５０を画成する一方、渦巻ノズル組立体ブロック１６、１７間の当接部は、円形部分５２と、入口２２に連通する通路５４とを画成する。渦巻ノズル組立体ブロック２０は、截頭円錐形の内面５１を画成し、渦巻ノズル組立体ブロック２０、２１間の当接部は、円形部分５３と、入口２５に連通する通路５５とを画成する。渦巻ノズル組立体ブロック１６、２１は、それぞれ、導管４０、４１を備えており、該導管は、板３８に形成された開口部７５（図１参照）及び板３９に形成された別の開口部（図示せず）を介して円筒形の本体部分１１の内部と連通している。導管４０、４１は、塩素のような殺菌剤を渦巻ノズル２６乃至２９内に導入することを可能にする。
このように、作動時、水は入口１４を介してチャンバ１３内に圧送される。この水は、チャンバ１３から円筒形の本体部分１１のそれぞれ入口２２乃至２５を介して通路５４、４８、４９、５５の１つ内にそれぞれ流入する。通路５４、４８、４９、５５は、渦巻ノズル２６乃至２９のそれぞれ円形部分５２、４６、４７、５３に水を供給する。円形部分５２、４６、４７、５３は、水に円形の回転力を付与し、円形に回転する水流をそれぞれ截頭円錐形の内面５０、４４、４５、５１内に供給する。截頭円錐形の内面５０、４４、４５、５１は、そのそれぞれの水流内に円形の回転力を保ち、円形に回転する水流をそれぞれ渦巻ノズル２６乃至２９から出口５６、４２、４３、５７に供給する。
渦巻ノズル２６、２９のカスケード式配列の形態のため、その出口５６、５７から出る水流は、それぞれ、渦巻ノズル２７、２８に入る。こうした円形に回転する水流は、渦巻ノズル２７、２８内で円形に回転する水流と組み合わさり、その内部の円形に回転する水流の速度を速める。更に、渦巻ノズル２６、２９から出る水流が渦巻ノズル２７、２８内の水流に接触すると、これらの水流は渦巻ノズル２７、２８内の円形に回転する水流を打撃し、その結果、これらの水流がその内部に圧縮波を形成する。更に、渦巻ノズル２６、２９から出る水流は、通路４８、４９からそれぞれ渦巻ノズル２７、２８に入る水をせん断し、Ｈ2Ｏ分子、取り込まれた気体及び溶融した固体の間に形成された結合を分解する。渦巻ノズル２６、２７からの組み合わさった水流及び渦巻ノズル２９、２８からの組み合わさった水流は、それぞれ出口４２、４３にて渦巻ノズル２７、２８から出て、チャンバ３０の略中間点にて衝突する。渦巻ノズル２７、２８内で回転する水流は同一方向に流れるが、渦巻ノズル２７、２８は対向した状態に配置されているため、その水流は、渦巻ノズル２７、２８から出るとき、反対方向に回転する。排出される水流が衝突するに伴い、追加的な圧縮波が形成され、該圧縮波は、より早期の圧縮波と組み合わさり、最初の波よりも大きさの大きい圧縮波を形成する。該圧縮波は、上述したように、水の大きい分子列を破壊し、チャンバ３０内の組み合わさった水流内の自由電子を放出し且つイオンを形成する。この再度組み合わさった水流は、チャンバ３０から出て出口１５に入り、この出口にて、イオン及び原子は、再度、組み合わさって、水から逃げる気体、沈澱又はろ過の何れかにて除去し得るように凝集する固体、及びその最初に取り込まれた気体が存在しない純水となる。更に、Ｈ2Ｏ分子は、より小さい列にて再度、組み合わさり、又は自由のままであり、このことは、透過性の固体を貫通して拡散する性質が増した水を製造することになる。その結果、透過性の固体を通じて拡散する性質が増すため、水が透過性の固体を貫通して流れるとき、この透過性の固体に作用する圧力が増す結果、水の浸透圧が増大する。更に、回転する水流中の圧縮波は、上述したように、その細胞構造を分裂させることにより、水中の細菌を死滅させる。
カスケード式配列の渦巻ノズル装置１０は、塩水、特に、海水の脱塩分野に重要な商業的用途がある。現在、海水の脱塩に利用される色々な方法は、関係する装置が比較的効果的でなく、また、そのコストのため、極めて高価である。海水を渦巻ノズル装置１０に通すことにより、水から塩を分離する際の装置のコスト及び効果を著しく向上させることが可能となる。具体的には、海水が渦巻ノズル装置１０を貫通した後、最初に、塩、気体及び大きい列内のその他の無機物と共に組み合わさったＨ2Ｏ分子を含んでいたその分子構造は完全に分裂することになる。その結果、塩及びその他の無機物の一部が凝集する間に、気体は逃げ、このことは、ろ過によりそれらを除去することが可能となる。このように、塩の一部が凝縮することは、残る海水中の塩の濃度が低下することにつながる。
更に、海水中の大きい分子列が分裂するため、その分子構造は、分解して、典型的に、Ｈ2Ｏ分子及び個々のＨ2Ｏ分子から形成された小さい四水化物列になる。こうしたＨ2Ｏ分子の四水化物列及び個々のＨ2Ｏ分子の大部分は、溶液中の塩に結合するが、塩水の分子構造体が完全に分裂すれば、一部のＨ2Ｏ分子がその純粋な形態にて放出される。その結果、純水の場合と同様に、この海水の処理により、透過性の固体を貫通して拡散されるその性質が著しく向上する一方、その固体はその浸透圧が増大する。
典型的に、塩の透過は防止するが、純水の透過は許容する、透過性の固体は、貫流する海水中のＨ2Ｏ分子により形成された大きい四水化物列の群を付勢させるのに必要な圧力のとき効果がないから、渦巻ノズル装置１０を通らなかった塩水を逆浸透法を使用して脱塩処理することは実質的に不可能である。しかしながら、海水中のＨ2Ｏ分子が透過性の固体を貫通して拡散し得る性質が著しく増大するから、渦巻ノズル装置１０を貫通して流れた海水に逆浸透法の脱塩技術を使用することが可能である。即ち、海水中で発生した小さいＨ2Ｏ分子の四水化物列及び個々のＨ2Ｏ分子は、透過性の固体を貫流して流れるとき、その固体から受ける抵抗が著しく小さい。その結果、逆浸透法の間に、塩の透過は防止するが、Ｈ2Ｏ分子の透過は許容する、透過性の固体を貫通してＨ2Ｏ分子を付勢させるのに必要な圧力が著しく軽減され、そのため、透過性の固体の有効性が著しく増すことになる。このように、渦巻ノズル装置１０を貫通して流れる塩水を利用する脱塩法は、未処理の塩水を使用する方法よりも、純水の製造により有効で且つ経済的である。
本発明は、上記の実施の形態において、一対のカスケード式配列のノズルに関して説明したが、かかる説明は単に一例としての目的のためであり、当業者に明らかであるように、任意の数の渦巻ノズルをカスケード式に配置し、流体の格子構造体を更に分裂させ且つ細菌を死滅させることが可能である。更に、多数の代替例、均等物及び各種程度の改変例が本発明の範囲内に属するから、その範囲は、上記に説明した点にのみ限定されるものではなく、以下の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
0003883573.tif 000002
【図２】
0003883573.tif 000003