(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記噴流は長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に噴射され、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４，であり、
前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌する
ことを特徴とする液質改質装置。
【請求項２】
供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記内部空間の長手方向の長さをＬ１とし、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４，且つ、Ｈ＜Ｌ１、の関係にあり、
前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌する
ことを特徴とする液質改質装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液質改質装置において、
前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をＤ１で前記上流側流路の有効直径をＤ２で表し、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧５，且つ、Ｄ１／Ｄ２≧２である
ことを特徴とする液質改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液質改質装置において、
前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をＤ１で前記上流側流路の有効直径をＤ２で表し、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧８，且つ、４≧Ｄ１／Ｄ２≧３である
ことを特徴とする液質改質装置。
【請求項５】
供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、
この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、
前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルと
からなる液質改質装置において、
前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、
前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記ノズルは下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記下流側流路の有効直径をＤ１で前記上流側流路の有効直径をＤ２で表し、噴出される流れは長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に射出され、前記渦流の発生条件として、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ，且つ、Ｗ／Ｈ＞４であり、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧５，且つ、Ｄ１／Ｄ２≧２である
ことを特徴とする液質改質装置。
【請求項６】
請求項１から５に記載されるいずれか１項に記載の液質改質装置において、
前記流体は、エアー、酸素、及びオゾンから選択されるいずれかの１以上の気体であることを特徴とする液質改質装置。
【請求項７】
請求項１から５に記載されるいずれか１項に記載の液質改質装置において、
前記流体供給管は、２つ以上設けられていることを特徴とする液質改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴流発生室を利用して異質の液体と流体の混合撹拌を行う液質改質装置に関する。更に詳しくは、噴流発生箱に液体を噴射させるノズルに加え、気体、液体等の流体を供給するための流体供給管をノズル取り付け面と異なる他の面に設けて、液体と流体の混合・攪拌、乳化、液体の改質、液体の浄化等を行う液質改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、環境保全の観点から生活環境をよくするため、湖や沼等の水質を浄化することが多く通常に行われるようになっている。そのための水質浄化装置が種々提案されている。従来から一般的に行われているのは、循環ばっ気を伴う対流式のものが多い。この方式は、湖沼等の水をポンプにより汲み上げ、その水に水質を浄化させる要素を混入させ対象とする湖沼に戻す方式である。
【０００３】
ダムや貯水池、湖沼等においては、しばしば酸素不足による水質悪化がもたらされており、溶存酸素の量を多くし湖沼等を元の状態に浄化し戻す方法も多くなされている。これに関連し、本出願人も特開２０００−５６３号等でキャビテーションを発生させ、このキャビテーション流を渦流とすることで脱気、混合、撹拌、殺菌、殺虫、分解、乳化等を行い浄化する方法を提案している。最近は更に環境基準が厳しくなり、従来より更に効率のよい浄化方法が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
キャビテーションによる浄化の方法は、特に殺菌に効果のある方法であり、水中のプランクトン、寄生虫、寄生虫卵等の破壊に威力がある。この方法による浄化装置を例えば海水魚の養殖場等に適用し海水浄化に使用する場合、キャビテーションのみでは水中の酸素がどうしても不足になってしまうため、前述の特開２０００−５６３号では、図１２に示すように、キャビテーション噴流を発生させた流れの出口にエジェクターを取り付け、空気を自吸させるようにして海水を浄化させる方法が提案されている。
【０００５】
この方法による装置は、加圧された液体を噴射してキャビテーションを発生するためのキャビテーション発生手段と、このキャビテーション発生手段から噴射された液体がジェット流として形成され、このジェット流が動的渦流になるように実質的に閉鎖された空間を備えた乱流発生手段と、この乱流発生手段から液体を排出するための排出口を備えたものである。
【０００６】
図１２において概略説明すると、海水の改質に適用した装置であるが、乱流発生箱６１は扁平の長方体状をなしている。この乱流発生箱６１内は乱流発生室６２になっていて、キャビテーションが発生し易く渦流の流れを円滑にするため湾曲部６３を構成している。加圧された海水は、矢印の方向から噴射ノズル６６を介して乱流発生室６２に噴射される。乱流発生室６２に噴射された海水は、キャビテーション気泡及び渦流等の乱流を発生させる。
【０００７】
このキャビテーション作用により、海水中のアンモニア、二酸化炭素、塩素、酸素等を脱気する。更に、海水中の魚の寄生虫、寄生虫の卵、幼虫、大腸菌等を破壊、殺菌、殺虫する。このキャビテーション処理された海水は、吐出ノズル６９から吐出負圧で空気管７１を介して矢印の方向より大気中の空気を吸い込み海水と混合される。
【０００８】
このような構成の装置はそれなりに従来より効果のあるものであるが、空気管７１を介して空気を吸入するこのエジェクター方式は、気体の溶解効率が低いので必ずしも効率良く溶存酸素濃度を高めるものとはならず、更に効率のよい方法が嘱望されていた。本発明は、この装置を更に発展させ改良を加えたもので、前述のような社会環境や技術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような目的を達成する。
【０００９】
本発明の目的は、噴流発生室によりキャビテーション泡をより多くしてプランクトン等の水中有機物の破壊、殺菌を行い水の浄化を効率的に行う液質改質装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、どのような水質の水に対しても噴流を微細な気泡にし、溶存酸素濃度を高め効率のよい浄化が行える低コストの液質改質装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するめたの手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記噴流は長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に噴射され、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４，であり、前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌することを特徴とする。
【００１１】
本発明２の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために前記液体を噴射するたに設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記内部空間の長手方向の長さをＬ１とし、前記ノズルの開口の有効直径をＤ１で表すと、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４，且つ、Ｈ＜Ｌ１、の関係にあり、前記渦中心核に前記流体供給管から前記流体を供給し、前記噴流を形成して前記液体と前記流体を混合撹拌することを特徴とする。
【００１２】
本発明１又は２の前記ノズルから噴射される液体は、海水、真水等の常温で液体である。前記流体供給管に供給する前記流体は、前記ノズルから噴射される液体とは異なる海水、真水等の常温で他の液体を意味し、又は空気、酸素等の常温で気体を意味する。流体供給管へ供給される流体は、流体加圧装置で加圧された流体、又は加圧されていない流体を自吸させて供給するものであっても良い。
【００１３】
本発明３の液質改質装置は、本発明１の液質改質装置において、前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をＤ１で前記上流側流路の前記有効直径をＤ２で表し、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧５，且つ、Ｄ１／Ｄ２≧２であると良い。
【００１４】
本発明４の液質改質装置は、本発明１の液質改質装置において、前記ノズルは、下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記下流側流路の前記有効直径をＤ１で前記上流側流路の前記有効直径をＤ２で表し、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧８，且つ、４≧Ｄ１／Ｄ２≧３であっても良い。
【００１５】
本発明５の液質改質装置は、供給される液体が渦流になる噴流を発生させる噴流発生箱と、この噴流発生箱に加圧された液体を供給する液体供給装置と、前記噴流発生箱の内部空間である噴流発生室の壁面に前記液体を噴射するために設けられたノズルとからなる液質改質装置において、前記ノズルによって発生された前記噴流の流れ方向に対して直角方向で、かつ前記渦流の渦中心核に対応して、前記内部空間に流体を供給するために前記壁面と異なる他の壁面の前記噴流発生箱に設けられた流体供給管と、前記噴流発生室の内部空間（Ｖ）は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記ノズルは下流側流路と上流側流路とからなり、キャビテーションで渦流を発生させる形状とし、前記内部空間の概ねの高さをＨで、概ねの幅をＷで表し、前記下流側流路の有効直径をＤ１で前記上流側流路の有効直径をＤ２で表し、噴出される流れは長さ方向に向いて前記内部空間の概ねの中心線の方向に射出され、前記渦流の発生条件として、前記下流側流路の有効長さをＬで表すと、前記渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ，且つ、Ｗ／Ｈ＞４であり、前記渦流の発生条件として、Ｌ／Ｄ２≧５，且つ、Ｄ１／Ｄ２≧２であることを特徴とする。
【００１６】
前記各発明の前記流体は、エアー、酸素、及びオゾンで選択されるいずれかの１以上の気体を供給すると良い。更に、前記流体供給管は、２つ以上設けられると良く、噴射される液体の条件により最適な数のノズルを取り付ければよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の液質改質装置の実施の形態である液質浄化装置１の正面断面図であり、図２はその側面断面図である。キャビテーションを発生させるためのノズル形状の条件については、特開２０００−５６３号にその詳細が記載され、かつ他の文献等でも公知であるので、詳細な説明は省略する。
【００１９】
本実施の形態の液質浄化装置１の基本となる部分は、噴流発生箱２（本明細書では噴流発生函ともいう。）と液体を噴射させキャビテーションを発生させる第１のノズル３、および噴流発生箱２の側面４に設けられ流体を噴流発生箱２内に噴射された噴流５に向けて供給する第２のノズル６（「流体供給管」とも称する。）とから構成されている。
【００２０】
本実施の形態においては、第１のノズル３は、噴射方向に段差を有する構成のものであり液体を噴射するとキャビテーションを発生させる。本実施の形態の液質浄化装置１のシステムは、この噴流発生箱２に液体を第１のノズル３に供給するための液体供給装置７と、流体、又は気体を第２のノズル６に供給するための流体供給装置８が配管を介して接続されている。又、噴流発生箱２内で発生した噴流は、渦流を伴ったもので微細な気泡に形成され、キャビテーションで破壊、殺菌された残骸を含み排出口９よりこの噴流発生箱２外の海水等に排出される。
【００２１】
噴流発生箱２の中の内部空間Ｖは、概ね、扁平な直方体である。扁平の物理的・幾何学的意義は、後に詳述する。内部空間Ｖの中心点を通る長手方向の中心線ＣＬを軸心線とする噴流発生箱２は、外見も概ね直方体形状であり、６面壁を備える。図１の噴流発生箱２の内部空間を表す断面を図３及び図４に示す。図４は図３のＸ−Ｘ線断面図である。噴流発生箱２の一壁面に、直径がＤ１である噴流穴１０が設けられている。
【００２２】
噴流穴１０は、キャビテーション発生部に一致している。キャビテーション発生部である噴流穴１０の軸心線は長手方向中心線ＣＬに一致している。この噴流穴１０と連通している軸線方向液体導入孔１１に液体供給装置７から高圧の液体が供給される。噴流５が噴射される内部空間Ｖは、その幅が図に示すＷであり、その高さがＨであり、その長さＬ１は特に規定はされていない。内部空間Ｖの長さ方向は、噴流穴１０の軸心線方向として定義される。
【００２３】
また、内部空間Ｖの高さＨ、噴流穴の直径Ｄ１、軸線方向液体導入孔１１の直径Ｄ２が、更に、噴流の流れ方向に対して直角方向に加圧された流体を供給するための流体供給孔１２（本明細書では、「第２のノズル」ともいう。）の直径Ｄ３が図に概念化されて配置されている。
【００２４】
噴流穴１０と軸線方向液体導入孔１１とで、キャビテーション発生用ノズルとして第１のノズル３が形成されている。又、この第１のノズル３の取り付け面に対して直角な方向の幅広の側壁４に第２のノズル６が噴流５の渦に対応して２箇所に設けられている（図２参照）。この噴流５は渦流となっていて、通常１個からなる渦中心核５ａを有する。
【００２５】
この渦中心核５ａは空隙状態となっていて、噴射される液体の中心線（内部空間Ｖの長手方向の中心線でもある。）ＣＬから外れ内部空間Ｖ内を移動してたえず揺動するかの如く位置を変えている。この最も渦流が発生する確率が高い２箇所の位置に２本の第２のノズル６を固定配置し、渦流の渦中心核５ａに向けて流体を流体供給装置８から供給するようにしている。
【００２６】
流体は、空気、酸素、オゾン等の気体であるが、用途によっては、液肥、農薬等の液体であっても良く、更に薬品等を混入したミスト状の気体と液体を混合したものであってもよい。この流体を渦中心核５ａに向けて供給することで噴流５を壁側にもたらしコアンダ効果を促す。噴流５が壁際に沿って流れることで噴流５は一層撹拌混合し発生した気泡はせん断される。キャビテーションによる超音波の影響等による破壊とコアンダ効果が相乗して噴流５は一層微細化され、液体内の細菌等の殺菌効果も生じることになる。
【００２７】
次に構造的な特徴について説明する。内部空間Ｖは、第１のノズル３に相当する入口および第２のノズル６の入口と排出口９とで部分的に開放されているが、高圧流体が導入される内部空間Ｖは、実質的に閉じられた空間として扱うことができる。即ち、直方体状の内部空間Ｖを形成する６面壁は、液体の境界を規定している。キャビテーション発生条件は、一般的に知られるように、特に液体が水であれば、Ｌ／Ｄ２≧５、で表現できる。
【００２８】
Ｌは、噴流穴１０の軸方向長さである。この関係は、液体の粘性抵抗にあまり影響されない。このような関係は、従来、キャビテーション発生を抑制するために研究されてきた関係（逆関係）である。積極的にキャビテーションを発生させるためには、好ましくは、Ｌ／Ｄ２≧８、である。更に、キャビテーション発生条件は、次の関係を充足しなければならない。
【００２９】
Ｄ１／Ｄ２≧２。この関係も従来はキャビテーション発生抑制のため研究されてきた関係（逆関係）である。積極的にキャビテーションを発生させるためには、好ましくは、４≧Ｄ１／Ｄ２≧３。キャビテーション発生の条件を定性的にいうと、狭いところから広い空間に急激に拘束高圧流体が流れることである。即ち、水流に空虚な水のない部分が生ずる現象をいう。
【００３０】
一般に水力機械等において、キャビテーションは振動や材料の腐食、破損をもたらすので避けなければならないが、本実施の形態の液質浄化装置１においては、水の殺菌等に積極的にこの現象を利用するものである。ベルヌーイの定理が成立するところでは、キャビテーションは当然発生しない。キャビテーション流は、更に、台風のように流体が渦流化する場合に広域で生じる。
【００３１】
噴流穴１０の出口を出たところの噴流の渦中心核５ａの近傍で誕生した無数の気泡（キャビテーション）は、やがて消滅する。渦流が生じておれば、気泡の誕生が持続する。渦のせん断力により気泡が他の気泡を生むための種になる。即ち、噴流穴１０から発生する気泡が種になって渦中で気泡を再生産する。渦の発生条件は、噴流流発生部を構成する空間の大きさが、Ｄ１＜Ｈ、且つ、Ｗ／Ｈ＞４、である。
【００３２】
即ち、高さＨが大きいと、渦はそれが一旦発生しても持続せずすぐに破壊されて消滅する。角運動量を有する渦は、立体空間では安定せず平面内で安定するからである。このような渦の中心領域は、後述するように、高さ方向に直交する平面内で概ね内部空間Ｖの全体で上下２面壁を除く４面壁に沿うように周回運動する。即ち、内部空間Ｖ内の液体全体は、その一部が排出口９から排出されながら、渦中心核５ａの回転速度に比べゆっくりした速度の角運動量を持つ。
【００３３】
渦流を伴う噴流を発生させる構成の内部空間Ｖは、概ね扁平であれば効果的である。液体のみの噴流穴１０を気体も導入する複式ノズルに置き換え、キャビテーション流の中に空気泡を混入させてもよい。キャビテーションが生じている状況では、気泡の周辺領域で圧力勾配は空間的に非常に大きくなり、キャビテーション泡の近傍で液中に溶解している物質の分解・分離、混合・乳化・撹拌、気体の分離、逆に酸素等の気体の溶解等も促進させることもできる。
【００３４】
本実施の形態は、噴流５の渦中心核５ａに空気等の流体を供給するものである。この供給により、渦流は一層渦化され微細な気泡を多く発生させることができる。この渦流の構成は、図１に示すように渦は中心部を有してどちらかに寄り発生し、幅の広い壁面に沿って矢印の方向に回転運動した状態となっている。渦流の渦中心核５ａは移動するが、その最も効果的な位置にある渦中心核５ａに向けて流体を噴出させる。
【００３５】
本実施の形態では、２箇所に第２のノズルを設ける構成にしたが、２箇所に限定されることはない。１つであってもよく、２つ以上であってもよい。この噴出に伴い、渦の中心を壁面側に導きコアンダ効果渦中心領域に空気を吸引させ、更に渦発生を促す。このことにより、発生したキャビテーションの衝撃力で殺菌やプランクトンの破壊等を行い、更に、コアンダ効果により撹拌・混合することによるせん断力で、キャビテーションの衝撃力と合わせ微細な気泡を多く発生させることができる。
【００３６】
図５及び図６は、第１のノズルの形状を変えた変形例を示している。図６は図５の側面図である。液体供給装置７と流体供給装置８は図１及び図２に示す実施例のものと同一なので省略している。この例の場合、軸線方向液体導入孔１１から噴出穴１０にかけてテーパ状にしたものである。この場合も図１及び図２に示すものと同様に、キャビテーションを発生させることでは同じ機能を示すものであり、同じ効果が得られる。
【００３７】
図７は、図３と同様に、図５及び図６の内部空間の寸法関係を示した模式的な断面図である。図８及び図９は、キャビテーションを抑えるタイプに適用した例を示していて、図９は図８の側面図である。第１のノズル３は段差形状、又はテーパ形状となっていない。軸線方向液体導入孔１１のみで流体供給用のノズルを構成している。この第１のノズル３を介して噴射される噴流は、殺菌効果では劣る構成ではあるが、液体中の融存酸素量を増やす点では有効である。むしろ殺菌作用を避けるような限定された使用用途に適用できる。
【００３８】
前述のコアンダ効果は、流体が壁に引き寄せられる現象をいい、噴流においては、ウオータージェットが内部空間Ｖの壁に引き寄せられ渦を発生させる。更に、噴流では渦が左右交互に揺動する発振現象が伴う。このコアンダ効果を図１０によって更に説明する。図に示す噴流発生箱２０は、扁平の長方体状のものであり、基本的に図１と同様な構成と考えてよい。この１０図に示す実施の形態では、長手方向が鉛直になるように配置されている。噴流発生箱２０の上面には、加圧された海水等をポンプユニット２６から供給し下方に噴射する噴射ノズル２１が固定されている。
【００３９】
噴射ノズル２１は、断面が円筒の環状空間である。噴流発生箱２０の内部には区画された噴流発生室２２が形成されている。噴流発生室２２の内部空間Ｖは、３次元の箱状の空間で扁平であり、空間の概ねの高さをＨで、それの概ねの幅をＷで表し、鉛直（垂直）方向の長さをＬ１とし、噴射ノズル２１の開口の有効直径をＤ１とすると、概略すると前述のように、渦流の発生条件として、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ＞４、且つＨ＜Ｌ１の関係にある。ただし、前記関係に加えてＷ＜Ｌ１の関係にあるものが好ましい。噴射ノズル２１から噴出された主噴流２３は、鉛直方向で内部空間Ｖの概ねの中心線の方向に噴射される。
【００４０】
主噴流２３が噴射されると、噴流発生室２２の８隅にはコアンダ効果により低圧渦である付着渦２４が発生し、主噴流２３には付着噴流が発生する。噴流発生室２２には、図１０に示したような主噴流２３は、２方向のいずれかに分かれて流れるが、この流れは不安定であるので、他方の流れに切り替わる。即ち、主噴流２３は不安定であり、図１０に示す紙面と平行な面内で揺れながら流れが発生することになる。
【００４１】
これらの噴流は、海水と気体（酸素、空気等）、海水と薬品等の液体、水と気体、水と液体（液肥、農薬等）等のように、液体と気体、又は液体を均一に混合・攪拌、乳化、液体の改質、液体の浄化等を行う機能がある。内部空間Ｖで微細化された気泡（大部分は、消滅している。）を含む噴流は、排出口２７より海水等に戻される。
【００４２】
コアンダ効果は、前述した寸法条件でなくてもその効果はあるが、好ましくは前述した形状条件にすれば、図に示すように内部空間に渦流の伴った噴流が発生し効果的である。この噴流はいずれかの方向に片寄った流れになり、交互に揺動する。図１０には、噴射ノズル２１の中心に空気吸入管２５が配置されているが、これは噴射ノズル２１から噴射される海水等の負圧により空気を大気中から引き込むためのものである。前述の複式ノズルに相当し、前述のような効果がある。
【００４３】
図１０には示していないが、この図の状態で側壁に第２のノズル６を設けることにより、前述した実施の形態と同様の構成を備えている。供給される空気等により噴流５の流れは壁側に吸引され付着渦が発生する。内部空間Ｖはキャビテーション現象とコアンダ効果の入り交じった複雑な渦乱流となっている。
【００４４】
［本実施の形態の作用］
以上詳記したように、渦流の伴った噴流の流れを内部空間Ｖ、噴流発生室２２に発生させることにより、前述したように海水中のアンモニア、二酸化炭素、塩素、酸素等を脱気する。更に、海水、真水中の魚の寄生虫の卵、幼虫、大腸菌等を破壊、殺菌、殺虫する。
【００４５】
特に、キャビテーションを発生することができる第１のノズル３を備えたものは、従来破壊が困難であった寄生虫の卵も完全に破壊でき殺菌効果を高めた上、海水、真水の浄化に際しても気泡を微細化することができ溶存酸素濃度を高めることとなり、従来に比べその機能は大きく向上した。
【００４６】
本実施の形態は海水、真水を浄化することで説明したが、具体的には海水の陸上、又は海上での養殖水の浄化、淡水の養殖場の浄化、池、ダム、湖沼等での溶存酸素量の増加、これらの場所での寄生虫、寄生虫卵の不活、アオコ、赤潮、大腸菌等の除去、殺菌等に適用できる。更には、水と油の乳化、汚染水に空気を吹き込んでこの中の揮発性有機物の除去等にも適用できる。
【００４７】
図１１は、本発明を適用したシステム例を示すものであり、海水浄化システムである。海水等に筏３０を浮かべ、この筏３０に本発明の液質浄化装置１の噴流発生箱２及び関連するポンプユニット３１，酸素濃縮機３２，発電機３３等の機材を搭載したものである。図の吸い込み口３４から海水を汲み上げ、ポンプユニット３１を介して噴流発生箱２の第１のノズルに海水を供給し、酸素濃縮機３２から酸素を第２のノズルに供給して前述の処理過程を経て海水を浄化し、再び排出口３５から処理水として汲み上げ位置と異なる場所に放出するシステムである。例えば、海水中のプランクトンを破壊し、同時に酸素を溶解させるシステムである。
【００４８】
[その他の実施の形態]
以上詳記したように本発明は、種々な形態のシステムに適用することが可能である。従って、実施例の記載内容に限定されないことはいうまでもない。例えば、流体供給管６は、ポンプで加圧した流体（空気、酸素、液体等）を供給するものであったが、流体供給管６は負圧であるので、流体を加圧するポンプ装置に接続することなく単に流体供給管６を配置し、空気、酸素等を自吸させるものでも良い。
【００４９】
また、流体供給管６は、主噴流の流れ方向に直角方向に向けて流体を噴出させる構成としたが、傾斜させて固定して、供給するものでもよい。また、前述した以外の用途としては、水と油の乳化、食品類の攪拌・混合にも使用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の液質改質装置は、液体にキャビテーションを発生させ、その渦流に側面の壁面から空気、酸素、オゾン等の気体、又は液肥、薬品等の液体を供給することにより、殺菌効果を高めたり、液体中に酸素等の気体、又は異質な液体の濃度を高めるための混合攪拌装置としての機能も果たす。また、本発明は、簡素な形状の内部空間を有し、キャビテーションを発生させコアンダ効果を有する極めてコストの低い液質改質装置となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第１のノズルが段差形状を示したものである。
【図２】図２は、図１の側面断面図である。
【図３】図３は、図１の内部空間の寸法関係を示す正面断面図である。
【図４】図４は、図３のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】図５は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第１のノズルがテーパ形状を示したものである。
【図６】図６は、図５の側面断面図である。
【図７】図７は、図５の内部空間の寸法関係を示す正面断面図である。
【図８】図８は、本発明の液質改質装置の噴流発生箱を示した正面断面図であり、第１のノズルが軸方向液体導入穴のみの形状を示したものである。
【図９】図９は、図８の側面断面図である。
【図１０】図１０は、コアンダ効果による噴流発生状態を示す噴流発生箱の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の液質改質装置を適用した浄化システムの説明図である。
【図１２】図１２は、従来の乱流発生装置の断面図である。
【符号の説明】
１…液質浄化装置
２…噴流発生室
３…第１のノズル
５…噴流
５ａ…渦中心核
６…流体供給管
７…液体供給装置
８…流体供給装置
９…排出口
１０…噴流穴
１１…軸方向液体導入孔
【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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