JP2000167439A - Cavitation nozzle and cavitation generation system - Google Patents
Cavitation nozzle and cavitation generation systemInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、液体中に各種気体
の脱気と液体の改質を行うことができるキャビテーショ
ンノズルとキャビテーション発生システムに関する。更
に詳しくは、イケス、魚養殖場、食品加工等の水中に溶
けている気体の脱気と液体の改質を行うことができるキ
ャビテーションノズルと、これを組み込んだキャビテー
ション発生システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cavitation nozzle and a cavitation generation system capable of degassing various gases in a liquid and reforming the liquid. More specifically, the present invention relates to a cavitation nozzle capable of degassing a gas dissolved in water and modifying a liquid in water such as a ikesu, a fish farm, and food processing, and a cavitation generation system incorporating the nozzle.
【0002】[0002]
【従来の技術】イケス、魚養殖装置等の海水又は水に
は、各種の空気中の成分を主とする気体が含まれてい
る。酸素、窒素、二酸化炭素等の常温で気体である空気
中の各種成分が含まれている。更に魚類が排出する有害
なアンモニア、これが微生物等の作用によって変わった
亜硝酸(HNO2 )、亜硝酸塩、硝酸塩等の成分となる
ことが知られている。又、深層海水は、植物の成長に必
要な無機栄養塩類、燐酸塩、珪酸塩に富んでいる。水道
水等の真水の場合、消毒のために塩素等も含んだもので
ある。2. Description of the Related Art Seawater or water from ikes, fish farming equipment and the like contains gases mainly composed of various components in the air. It contains various components in air that is a gas at normal temperature, such as oxygen, nitrogen, and carbon dioxide. Furthermore, it is known that harmful ammonia emitted by fish becomes a component such as nitrite (HNO 2 ), nitrite, nitrate, etc., which is changed by the action of microorganisms and the like. Deep seawater is rich in mineral nutrients, phosphates and silicates necessary for plant growth. In the case of fresh water such as tap water, it contains chlorine and the like for disinfection.
【0003】これらのものは、空気の成分を除いて水中
の生物には、概ね有害なものとなるので、可能な限り除
去するか生物に影響のない安定した塩類に変えることが
望ましい。しかしながら、これらの有害物質を化学薬品
で中和等により安定化、又は選択的に吸着させることは
限られた容量である魚養殖装置では事実上不可能であ
る。Since these substances are generally harmful to organisms in water except for air components, it is desirable to remove them as much as possible or to convert them into stable salts which do not affect organisms. However, it is practically impossible to stabilize or selectively adsorb these harmful substances with chemicals by neutralization or the like with a fish culture apparatus having a limited capacity.
【0004】すなわち、微量でも除去のための薬品が残
留すると生物で濃縮され、悪影響を残す。こうした問題
から、陸上の養殖装置は、大量の海水を汲み上げてリサ
イクルすることなく短期で廃棄されている。このために
エネルギーの消費と共に近海の海水を汚染する原因とも
なっている。[0004] That is, if a small amount of a chemical for removal remains, it is concentrated in living organisms, leaving an adverse effect. Due to these problems, onshore aquaculture equipment is disposed of in a short time without pumping and recycling a large amount of seawater. For this reason, it consumes energy and causes polluting seawater in the near sea.
【0005】本出願人等は、一定比率を持つ長方形槽に
取り付けられたノズルから気泡を伴うキャビテーション
発生する液質改質用泡箱を提案した(特願平10−10
1410号)。この提案したノズルでは、湖沼のアオ
コ、自然又は人工の環境中のレジオネラ属菌を殺菌した
り、溶液中の溶存気体を脱気できる機能を備えた液質改
質用泡箱を提案した。The present applicants have proposed a liquid quality reforming foam box in which cavitation accompanied by air bubbles is generated from a nozzle attached to a rectangular tank having a fixed ratio (Japanese Patent Application No. 10-10).
No. 1410). The proposed nozzle proposed a liquid quality reforming foam box having a function of disinfecting the water-blooming water in lakes and marshes, a Legionella bacterium in a natural or artificial environment, and degassing dissolved gases in a solution.
【0006】この実証実験を重ねた結果、提案した液質
改質用泡箱は、脱気性能は優れたものであるが一定量以
上の脱気はできないことが判明した。この推定される理
由は、液質改質用泡箱が実質的に閉じられた空間のため
に一端分離液体から脱気された気体が再度液体に溶ける
ためと推定される。同様に、前述の生物に有害成分、栄
養塩類も一旦分解された後、再び化学的に再化合すると
も推定される。As a result of repeated experiments, it has been found that the proposed foam box for liquid quality modification has excellent degassing performance but cannot degas more than a certain amount. The presumed reason is presumed to be that the gas once degassed from the separated liquid is dissolved again in the liquid due to the substantially closed space of the liquid quality reforming foam box. Similarly, it is also presumed that the above-mentioned harmful components and nutrients for living organisms are once decomposed and then chemically recombined again.
【0007】他方、液中にキャビテーションを効率的に
発生させるノズル形状も提案されている(特公平4−4
3712号)。この提案された液中ジェット噴射用ノズ
ルは、20度ないし60度の角度で徐々に径が増大する
噴出孔を有するものである。この角度より大きいと、周
囲液体の巻き込みのためにエネルギーを損失し、小さす
ぎてもエネルギー損失が大きいというものである。しか
しながら、本発明者が実験した限りにおいて、必ずしも
この範囲でなくてもキャビテーションを有効に発生させ
られることが判明した。On the other hand, a nozzle shape for efficiently generating cavitation in a liquid has also been proposed (Japanese Patent Publication No. 4-4).
3712). The proposed submerged jet nozzle has an orifice whose diameter gradually increases at an angle of 20 to 60 degrees. Above this angle, energy is lost due to entrainment of the surrounding liquid, and too small an energy loss is large. However, as far as the present inventor has conducted experiments, it has been found that cavitation can be effectively generated even in a range outside this range.
【0008】また、従来から提案されているキャビテー
ション発生用のノズルは、脱気、有害成分の無効化、栄
養塩類の分解の機能は認められるが単にはそのまま液中
に噴射しただけではあまり有効ではないことも判明し
た。The cavitation generating nozzles proposed so far have functions of deaeration, elimination of harmful components, and decomposition of nutrients, but they are not very effective simply by spraying them directly into a liquid. It turned out that there was not.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above-mentioned technical background, and achieves the following objects.
【0010】本発明の目的は、生物に有害な成分、及び
生物の成長に必要な栄養塩類等を改質し、無毒化と生物
に吸収し易くするための液体の改質を行うことができる
キャビテーションノズルとキャビテーション発生システ
ムを提供することにある。[0010] An object of the present invention is to modify components that are harmful to living organisms and nutrients necessary for the growth of living organisms, so as to detoxify the liquid and make it easier to absorb the living organisms. It is an object to provide a cavitation nozzle and a cavitation generation system.
【0011】本発明の他の目的は、液体中の気体を脱気
するための液体の脱気ができるキャビテーションノズル
とキャビテーション発生システムを提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a cavitation nozzle and a cavitation generation system capable of degassing a liquid for degassing a gas in the liquid.
【0012】本発明の更に他の目的は、以下に、実施の
形態を通じてより具体的に明らかにされるはずである。[0012] Still other objects of the present invention will be more specifically described below through embodiments.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明によるキャビテー
ションノズルと、それを備えたキャビテーション発生シ
ステムは、既述の課題を解決するために次のような手段
が採用する。本発明のキャビテーションノズルは、液中
にジェット噴射して、キャビテーションを発生させるた
めのキャビテーションノズルであって、高圧液体供給源
から供給される液体を通す加圧液体供給路と、前記加圧
液体供給路と連通し、前記加圧液体供給路から段差を有
して急拡大した噴射孔とからなる。The cavitation nozzle according to the present invention and the cavitation generating system provided with the cavitation nozzle employ the following means to solve the above-mentioned problems. The cavitation nozzle according to the present invention is a cavitation nozzle for jetting a jet into a liquid to generate cavitation, wherein the pressurized liquid supply path through which a liquid supplied from a high-pressure liquid supply source passes is provided. The pressurized liquid supply path includes a jet hole which is in rapid communication with the pressure liquid supply path and has a step.
【0014】前記加圧液体供給路の有効直径をD0で表
し、前記噴射孔の有効直径をDで表し、前記噴射孔の有
効長さをLで表すと、前記キャビテーション発生条件が 2≦D/D0≦12、且つ、L/D0≧4 であると効果的に液中の酸素、塩素、アンモニア、二酸
化炭素等の気体の脱気、各種塩類等を分解できる。When the effective diameter of the pressurized liquid supply passage is represented by D0, the effective diameter of the injection hole is represented by D, and the effective length of the injection hole is represented by L, the cavitation generation condition is 2 ≦ D / When D0 ≦ 12 and L / D0 ≧ 4, it is possible to effectively degas gases such as oxygen, chlorine, ammonia, and carbon dioxide in the liquid and decompose various salts.
【0015】前記キャビテーションノズルは、望ましく
は、前記加圧液体供給路の有効直径がD0で表し、前記
噴射孔の有効直径がDで表すと、前記キャビテーション
発生条件が 8≦D/D0≦10、且つ、L/D0≧8 であるとより効果的にキャビテーションが発生する。In the cavitation nozzle, preferably, when the effective diameter of the pressurized liquid supply path is represented by D0 and the effective diameter of the injection hole is represented by D, the cavitation generation condition is 8 ≦ D / D0 ≦ 10; In addition, when L / D0 ≧ 8, cavitation occurs more effectively.
【0016】本発明のキャビテーション発生システム
は、加圧された液体を噴射してキャビテーションを発生
させるためのキャビテーションノズルと、前記液体を収
納する容器と、前記容器に設けられ前記液体を排出する
出口とからなり、前記キャビテーションノズルで噴射さ
れ前記容器の中に導入され前記出口から排出され液体
は、前記容器の中で不規則な渦流を発生するジェット流
として形成される。A cavitation generating system according to the present invention comprises a cavitation nozzle for injecting a pressurized liquid to generate cavitation, a container for storing the liquid, and an outlet provided in the container for discharging the liquid. And the liquid ejected from the cavitation nozzle and introduced into the container and discharged from the outlet is formed as a jet stream that generates an irregular vortex in the container.
【0017】前記渦流は、台風の進路と同様に事実上予
測できない不規則な運動を起こすものが良い。また、キ
ャビテーション発生システムに使用されるキャビテーシ
ョンノズルは、前述した本発明のキャビテーションノズ
ルが最適であるが、キャビテーションを発生できるもの
であれば、公知の他のキャビテーションノズル(特公平
4−43712号等)であっても良い。Preferably, the vortex causes irregular movement which is virtually unpredictable like the course of a typhoon. As the cavitation nozzle used in the cavitation generation system, the above-described cavitation nozzle of the present invention is optimal, but other known cavitation nozzles (such as Japanese Patent Publication No. 4-43712) can be used as long as they can generate cavitation. It may be.
【0018】前記容器が円筒体であり、前記円筒体の直
径がD2で表すと、 D2/D0≧12 であると効果的に液体中の気体の脱気、液中の溶解物質
を分解できる。When the container is a cylindrical body and the diameter of the cylindrical body is represented by D2, when D2 / D0 ≧ 12, gas in the liquid can be effectively degassed and dissolved substances in the liquid can be decomposed.
【0019】前記キャビテーション発生システムは、前
記容器の内部圧力をP1で表し、前記加圧液体供給路か
らの噴射圧力をP0で表せれば P1=P0/30以下 にするとより効果的に液中の気体の脱気、液中の溶解物
質を分解できる。In the cavitation generating system, if the internal pressure of the container is represented by P1 and the injection pressure from the pressurized liquid supply path is represented by P0, the liquid in the liquid is more effectively set to P1 = P0 / 30 or less. It can degas gas and decompose dissolved substances in liquid.
【0020】更に、前記キャビテーション発生システム
は、前記容器の内部圧力をP1で表し、前記加圧液体供
給路からの噴射圧力をP0で表せれば P1=P0/100以下 にすると更に効果的に液中の気体の脱気、液中の溶解物
質を分解できる。すなわち、前記容器の上方を開放(大
気圧下)でもキャビテーションは発生し十分に使える。
但し、前記容器を出口を除いて密閉し、前記容器の圧力
を少しずつ上げていくと、キャビテーションの破壊力は
増していき噴射圧力の1/100の時に最大のキャビテ
ーションが発生する。1/30以上に昇圧すると、キャ
ビテーションは発生しなくなる。水中のガス成分の脱気
には、開放タイプを使い、殺菌等の破壊力を必要とする
ときはタンク内の圧力を1/100以下にして使用する
のが望ましい。Further, the cavitation generation system can further effectively reduce the liquid pressure by setting P1 = P0 / 100 or less if the internal pressure of the container is represented by P1 and the injection pressure from the pressurized liquid supply path is represented by P0. It can degas the gas inside and decompose dissolved substances in the liquid. That is, even if the upper part of the container is opened (under the atmospheric pressure), cavitation occurs and the container can be used sufficiently.
However, if the container is closed except for the outlet and the pressure of the container is gradually increased, the cavitation breaking force increases, and maximum cavitation occurs at 1/100 of the injection pressure. When the pressure is increased to 1/30 or more, cavitation does not occur. It is desirable to use an open type for degassing gas components in water and to reduce the pressure in the tank to 1/100 or less when destructive power such as sterilization is required.
【0021】前記キュビテーションノズル、又は前記キ
ャビテーション発生システムで発生されるキャビテーシ
ョン泡の渦流中心の運動は、箱の内面を境界条件とする
複雑な運動方程式により記述されるが、その厳密解を求
めることができない複雑系を形成している。微小な無数
のキャビテーション泡は、そのキャビテーション泡の境
界面例えば球面の近傍の圧力・応力勾配は極めて大き
く、且つ、それは時間的に急激に変化する。このような
時間的変化を示す圧力・応力勾配を持つ液体に触れる液
中の物質は、その瞬時に分解される。また、その圧力勾
配は、新たなキャビテーション泡の発生の種を生成しな
がら、液中の気体の気化を促進し、その結果、気液分離
を促進する。The motion of the vortex flow center of the cavitation nozzle or the cavitation bubble generated by the cavitation generation system is described by a complicated equation of motion with the inner surface of the box as a boundary condition. It forms a complex system that cannot do it. The countless minute cavitation bubbles have a very large pressure / stress gradient near the boundary surface of the cavitation bubbles, for example, near a spherical surface, and change rapidly with time. Substances in the liquid that come into contact with the liquid having a pressure-stress gradient showing such a temporal change are immediately decomposed. The pressure gradient also promotes the vaporization of the gas in the liquid while generating seeds for the generation of new cavitation bubbles, thereby promoting gas-liquid separation.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明のキャビテーションノズルと、こ
れを組み込んだキャビテーション発生システムは、効果
的に液中に溶解した物質の分解・改質、液中に溶解した
気体の脱気等ができる。The cavitation nozzle of the present invention and the cavitation generation system incorporating the same can effectively decompose and reform substances dissolved in liquid, and degas gases dissolved in liquid.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】[実施の形態1]次に、本発明の
実施の形態1を説明する。図1は、本発明のキャビテー
ションノズルとキャビテーション発生システムの原理を
示す図である。噴射容器1は、直径D2の円筒形であ
る。噴射容器1は閉鎖されたものであっても良いが、上
部が開放されたものが良い。開放されたものは、気体、
有害成分等が気化するときに除去効率が良くなる。[Embodiment 1] Next, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the principle of a cavitation nozzle and a cavitation generation system according to the present invention. The injection container 1 is cylindrical with a diameter D2. The injection container 1 may be closed, but is preferably open at the top. What is released is gas,
When harmful components and the like are vaporized, the removal efficiency is improved.
【0024】噴射容器1の側壁2には、キャビテーショ
ンノズル3が固定されている。キャビテーションノズル
3の噴射方向は噴射容器1の中心方向を向いている。キ
ャビテーションノズル3には、ポンプ5に連通する供給
管4を介してポンプ5から加圧された液体が供給され
る。ポンプ5の加圧圧力は、最低で3Kg/cm2 以上の圧
力があればキャビテーションが発生する。A cavitation nozzle 3 is fixed to a side wall 2 of the injection container 1. The ejection direction of the cavitation nozzle 3 is directed toward the center of the ejection container 1. The pressurized liquid is supplied from the pump 5 to the cavitation nozzle 3 via a supply pipe 4 communicating with the pump 5. Cavitation occurs when the pressure of the pump 5 is at least 3 kg / cm 2 or more.
【0025】噴射容器1の上部の側壁2には、排水管6
が接続されている。排水管6には、流量制御弁7が接続
されている。従って、流量制御弁7を開放するとキャビ
テーションノズル3から噴射された液体がこのレベルま
で上昇すると排水管6から排出され、液体は常時このレ
ベルに維持される。A drain pipe 6 is provided on the upper side wall 2 of the injection container 1.
Is connected. A flow control valve 7 is connected to the drain pipe 6. Therefore, when the flow control valve 7 is opened, the liquid ejected from the cavitation nozzle 3 rises to this level and is discharged from the drain pipe 6, and the liquid is always maintained at this level.
【0026】キャビテーションノズル3は、液体供給の
ために一定の直径を有し一定の長さを備えた加圧液体供
給孔10が直径D0であり、この加圧液体供給孔10に
連通する噴射孔11が直径D1である。加圧液体供給孔
10の中心線と噴射孔11の底面とは角度θは、90度
を成している。すなわち、加圧液体供給孔10と噴射孔
11とは段差でつながる連続孔である。キャビテーショ
ンの発生条件は、特に液体が水であれば、概ねL/D0
≧4、で表現できる。The cavitation nozzle 3 has a pressurized liquid supply hole 10 having a fixed diameter and a fixed length for supplying liquid, having a diameter D0, and an injection hole communicating with the pressurized liquid supply hole 10. 11 is the diameter D1. The angle θ between the center line of the pressurized liquid supply hole 10 and the bottom surface of the injection hole 11 is 90 degrees. That is, the pressurized liquid supply hole 10 and the injection hole 11 are continuous holes connected by steps. Cavitation generation conditions are generally L / D0, especially when the liquid is water.
≧ 4.
【0027】Lは、噴射孔11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、キャビテーションの発生を抑制す
るために研究されてきた関係(逆関係)から導き出され
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/D0≧8、である。L is the axial length of the injection hole 11. This relationship is less affected by the viscous drag of the liquid. Such a relationship is derived from a relationship (reverse relationship) that has been conventionally studied to suppress the occurrence of cavitation. In order to actively generate cavitation,
Preferably, L / D0 ≧ 8.
【0028】更に、キャビテーション発生条件は、2≦
D/D0≧12、の条件を満足しなければならない。こ
の関係は、従来のキャビテーション発生抑制のため研究
されてきた関係とは逆関係の関係である。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、8≧
D/D0≧10、である。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所に急激に高速
高圧液体が流れることである。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。Further, the cavitation occurrence condition is 2 ≦
The condition of D / D0 ≧ 12 must be satisfied. This relationship is the inverse of the relationship that has been studied for suppressing cavitation. In order to positively generate cavitation, preferably, 8 ≧
D / D0 ≧ 10. Speaking qualitatively, the conditions for the occurrence of cavitation are that a high-speed high-pressure liquid rapidly flows from a narrow place to a wide place. Cavitation does not occur wherever Bernoulli's theorem holds.
【0029】キャビテーション流は、更に、台風のよう
に液体が渦流化する場合に広域で生じる。出口を出たと
ころの噴流核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、ノズルから発生する気
泡が種になって渦中で気泡を再生産する。[0029] Cavitation flow also occurs over a wide area when the liquid is swirled, such as in a typhoon. The countless bubbles (cavitation) created near the jet nucleus at the exit will eventually disappear. If a vortex is generated, the bubbling continues. Due to the shear force of the vortex, the bubbles become seeds for producing other bubbles. That is, the bubbles generated from the nozzles become seeds and reproduce the bubbles in the vortex.
【0030】しかしながら、本発明では前述したよう
に、周期性の渦流が発生すると液中の気体の一定量以上
の脱気、又は液中の成分の分解は限界がある。従って、
渦流が発生しない程度の容器の内部空間の大きいもの、
形状が望ましいが、キャビテーションノズル3からジェ
ット流を噴射するためにその噴射エネルギーのために一
定の渦流が発生することは避けられない。However, in the present invention, as described above, when a periodic vortex is generated, there is a limit to degassing of a certain amount or more of gas in the liquid or decomposition of components in the liquid. Therefore,
A container with a large internal space that does not generate eddy currents,
Although the shape is desirable, it is inevitable that a constant vortex is generated due to the injection energy for jetting the jet stream from the cavitation nozzle 3.
【0031】よって、前述した噴射容器1の内部空間
は、可能な限り大きな空間が望ましいが、工学的には限
界がある。最低限規則的な渦流が発生しない程度の大き
さが望ましい。本発明者の実験によると、規則的な渦流
が発生しない条件は概ね、D2/D0≧12、である。噴
射容器1を出口を除いて密閉し、噴射容器1の圧力を少
しずつ上げていくと、キャビテーションの破壊力は増し
ていきキャビテーションノズル3の噴射圧力の1/10
0の時に最大のキャビテーションが発生する。1/30
以上に昇圧すると、キャビテーションは発生しなくな
る。水中のガス成分の脱気には、後述する開放タイプの
噴射容器61(図11)を使い、殺菌等の破壊力を必要
とするときはタンク内の圧力を1/100以下にして使
用するのが望ましい。Therefore, it is desirable that the internal space of the injection container 1 be as large as possible, but there is a limit in terms of engineering. It is desirable that the size is at least such that a regular vortex does not occur. According to the experiment of the present inventor, the condition under which the regular vortex does not occur is generally D2 / D0 ≧ 12. When the injection container 1 is closed except for the outlet and the pressure of the injection container 1 is gradually increased, the destructive force of cavitation increases and 1/10 of the injection pressure of the cavitation nozzle 3 increases.
Maximum cavitation occurs at 0. 1/30
When the pressure is increased above, cavitation does not occur. For degassing the gas components in the water, an open-type injection container 61 (FIG. 11) described later is used. Is desirable.
【0032】なお、噴射容器1の圧力の測定は、出口に
バルブ又はオリフィスの断面積を調節して調整すること
により、噴射容器1から出る水量を調節し噴射容器1の
圧力を検出した。以上のような条件を満たすものであれ
ば、円筒に限らず断面形状は任意でよく、例えば、箱形
の空間であってもよい。キャビテーションが発生する
と、キャビテーション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、キャビテーション気泡の近傍で
細胞があれば細胞破壊、水中塩素があれば気化分離、硝
酸塩であればこの分解等が起こる。The pressure of the injection container 1 was measured by adjusting the cross-sectional area of a valve or an orifice at the outlet to adjust the amount of water flowing out of the injection container 1. As long as it satisfies the above conditions, the cross-sectional shape is not limited to a cylinder and may be any shape, for example, a box-shaped space. When cavitation occurs, the pressure gradient in the area around the cavitation bubbles becomes extremely large spatially, and if there are cells near the cavitation bubbles, cell destruction occurs. Occur.
【0033】本発明によるキャビテーションノズル3に
供給される液体は、高圧ポンプで加圧して供給される
が、高圧ポンプとしてはプランジャ式ポンプが適切であ
る。The liquid supplied to the cavitation nozzle 3 according to the present invention is supplied under pressure by a high-pressure pump. A plunger pump is suitable as the high-pressure pump.
【0034】次に、キャビテーションの細胞破壊の理解
を容易にするために、参考までに理論的背景を説明す
る。噴流は、せん断応力(レイノルズ応力)に基づく運
動方程式により記述されることが古来より知られてい
る。具体的な理論展開が、本発明者により行われている
(公表ずみ)。Next, in order to facilitate understanding of cell destruction by cavitation, a theoretical background will be described for reference. It has long been known that a jet is described by an equation of motion based on shear stress (Reynolds stress). The specific theoretical development has been carried out by the present inventors (published).
【0035】図2は、ノズルから真空中に放出される自
由乱流噴流を解析するための平面断面図である。仮想的
なノズル51(仮想化するため噴出口の近くは円錐面に
形成されている)の中心線に一致させてx軸を設定す
る。噴流の広がり方向即ち噴流中心の進行方向に直交す
る方向にy軸を設定する。従って、座標系x−yは、直
交座標系である。ノズル51の円錐面を延長して面が交
わるあたりに円錐状のジェット流コア52の先端が生じ
る。ジェット流コア52から十分に離れた位置Xにおけ
る噴流の広がりをbで示す。実験式として、 b=k#j・x………(1) 本明細書で、下付右添字はその前(左側)に#をつけ
る。k#jは、噴流広がり係数と呼ばれ、噴流特性の重
要な基本因子である。FIG. 2 is a plan sectional view for analyzing a free turbulent jet discharged from a nozzle into a vacuum. The x-axis is set to coincide with the center line of the virtual nozzle 51 (a portion near the ejection port is formed as a conical surface for virtualization). The y-axis is set in the direction in which the jet spreads, that is, in the direction orthogonal to the direction of travel of the jet center. Therefore, the coordinate system xy is a rectangular coordinate system. When the conical surfaces of the nozzle 51 are extended and the surfaces intersect, a tip of the conical jet flow core 52 is generated. The spread of the jet at a position X sufficiently distant from the jet flow core 52 is indicated by b. As an empirical formula, b = k # j · x (1) In this specification, a subscript right subscript is preceded (left side) by #. k # j is called a jet divergence coefficient and is an important basic factor of jet characteristics.
【0036】乱流特性を持つ場合には、 b=24k・x………(2) 定数kは、乱流特性を表す係数である。せん断応力τを
次の展開式即ち多項式で表す。In the case of having turbulence characteristics, b = 24k · x (2) The constant k is a coefficient representing the turbulence characteristics. The shear stress τ is expressed by the following expansion formula, that is, a polynomial.
【0037】[0037]
【数1】 係数C#nは、運動方程式の境界条件に対するせん断応
力から定まる。レイノルズ応力に関する Prandtl の仮
定を適用すると、4次までの近似式では速度分布は次式
で表される。(Equation 1) The coefficient C # n is determined from the shear stress for the boundary condition of the equation of motion. Applying Prandtl's assumption on the Reynolds stress, the velocity distribution is expressed by the following equation in the approximate expression up to the fourth order.
【0038】[0038]
【数2】 せん断応力の条件より導かれている式(3−1)は、自
由噴流、拘束噴流の2次元、3次元流のいずれにも適用
可能である。式(3−1)の右辺が0となるηの値は1
であるから、ある距離だけx軸から離れた位置で噴流速
度は零になる。(Equation 2) Equation (3-1) derived from the conditions of the shear stress can be applied to any of the two-dimensional and three-dimensional flows of the free jet and the restricted jet. The value of η at which the right side of equation (3-1) is 0 is 1
Therefore, the jet velocity becomes zero at a position away from the x-axis by a certain distance.
【0039】直径Dの有限出口断面積のノズル51から
液体が無限空間に放出されると、圧力勾配がない場合に
即ち中心軸上における噴流の速度減衰は、運動量保存則
から、When the liquid is discharged from the nozzle 51 having a finite exit cross-sectional area having a diameter D into an infinite space, when there is no pressure gradient, that is, the velocity decay of the jet on the central axis is determined by the law of conservation of momentum.
【数3】 (Equation 3)
【0040】中心軸上でノズル出口の速度は零であるか
ら、出口以降で速度は急に増大して、図2に矢で示すよ
うに、距離x離れた位置でy軸方向に等距離両側に離れ
た位置での速度ベクトルは対称に現れる。噴流は、噴流
核の長さX#cまでの範囲即ち初期領域53とそれより
後流側の範囲、即ち主領域54とに分かれる。参考まで
に計算すると、噴流核の長さは、Since the speed at the nozzle outlet is zero on the central axis, the speed rapidly increases after the outlet, and as shown by arrows in FIG. Velocity vectors at positions apart from each other appear symmetrically. The jet is divided into a range up to the length X # c of the jet nucleus, that is, an initial region 53 and a range downstream thereof, that is, a main region 54. Calculating for reference, the length of the jet core is
【数4】 (Equation 4)
【0041】式(4,5)は、Albertson の実験結果を
フォローしている。式(4,5)から噴流核の長さX#
cが求められ、式(6)から式(1)の噴流広がり係数
k#jが求められ、従って、式(2)の係数kも求める
ことができる。実験的には、噴流中心軸上の速度u#m
の測定によって噴流核長さX#cが求まり、噴流幅b、
噴流広がり係数k#jが得られる。Equations (4,5) follow the experimental results of Albertson. From equation (4,5), the jet core length X #
c is obtained, and the jet spread coefficient k # j of Expression (1) is obtained from Expression (6). Therefore, the coefficient k of Expression (2) can also be obtained. Experimentally, the velocity u # m on the jet center axis
The jet core length X # c is obtained by the measurement of the jet width b,
The jet spread coefficient k # j is obtained.
【0042】水中高速水噴流におけるキャビテーション
現象が、上記解析のもとで考察することができる。Rous
e による気流ジェットの乱流特性観点から次のように見
積もることができる。自由噴流の渦動粘性係数εは、 ε=kbu#m.………(7) 乱流特性に係わる係数kは、Prandtle の仮定から、The cavitation phenomenon in a high-speed underwater water jet can be considered based on the above analysis. Rous
The following can be estimated from the viewpoint of the turbulence characteristics of the airflow jet by e. The eddy viscosity coefficient ε of the free jet is: ε = kbu # m (7) The coefficient k relating to the turbulence characteristics is based on Prandtle's assumption.
【数5】 (Equation 5)
【0043】式(8,9)により、bがxに比例しu#
mがxに逆比例する(式(4)の関係)3次元流と、b
がxに比例しu#mがxの平方根に逆比例する(式
(5)の関係)2次元流の各噴流について、式(3−
1)が得られる。エネルギー方程式から係数kを計算に
より求めることができる。According to equations (8, 9), b is proportional to x and u #
a three-dimensional flow in which m is inversely proportional to x (the relationship of equation (4)), and b
Is proportional to x and u # m is inversely proportional to the square root of x (relationship of equation (5)). For each jet of a two-dimensional flow, equation (3-
1) is obtained. The coefficient k can be obtained by calculation from the energy equation.
【0044】[0044]
【数6】 キャビテーション現象と密接に関連するレイノルズ応力
τは、(Equation 6) The Reynolds stress τ, which is closely related to the cavitation phenomenon, is
【数7】 (Equation 7)
【0045】乱流拡散係数χが大きいと、キャビテーシ
ョン効果をもたらすエネルギーの拡散をひきおこしやす
い。噴流広がり係数k#jが式(10,11)に線形に
もろに現れるように、キャビテーション効果の促進に直
接に影響する。このことは、ノズル周辺に壁があって噴
流が拘束されると、噴流広がり係数k#jの大きさに変
化が生じる。When the turbulent diffusion coefficient χ is large, energy diffusion that causes a cavitation effect is easily caused. As the jet spread coefficient k # j appears linearly in Equations (10, 11), it directly affects the promotion of the cavitation effect. This means that when the jet is confined due to a wall around the nozzle, the jet spread coefficient k # j changes.
【0046】拘束されたジェット流を起こすモデルとし
て、ホーン型側壁を有する噴流モデルが知られている。
図3に示すように、点線で示す円錐面状の側壁即ち拘束
壁55が設けられている場合の噴流広がり係数k#jを
計算すると、3次元で、As a model for causing a confined jet flow, a jet model having a horn-type side wall is known.
As shown in FIG. 3, when the jet spread coefficient k # j when the conical side wall shown by the dotted line, that is, the constraining wall 55 is provided, the three-dimensional
【数8】 これは、2次元の場合でも同様である。式(12)の意
義は、噴流広がり係数k#jと側壁角θ#wとの関係が
得られることである。扁平な直方体状の箱の中の2次元
流と円筒形の箱の中の3次元流では、噴流の最大流速の
速度u#mは、xの平方根で減衰するかxに比例して減
衰するかの相違があり、本発明ではその減衰が少ないよ
うに扁平形状の箱の中に形成される2次元流が用いられ
ている。しかも、2次元流は、既述の通り安定性がよ
い。(Equation 8) This is the same in the two-dimensional case. The significance of equation (12) is that a relationship between the jet spread coefficient k # j and the side wall angle θ # w is obtained. For a two-dimensional flow in a flat rectangular box and a three-dimensional flow in a cylindrical box, the velocity u # m of the maximum velocity of the jet attenuates at the square root of x or in proportion to x. The present invention uses a two-dimensional flow formed in a flat box so that the attenuation is small. Moreover, the two-dimensional flow has good stability as described above.
【0047】式(10)と式(12)とからキャビテー
ション初生係数σ#iをグラフで示すと、図4に示され
るように、θ#wが30度の付近で最大になる。このグ
ラフは、沼知の実験報告から引用したものである(速研
報告、第16巻、1960−1961、第158号、第
159号)。この明細書で上記のように抜粋引用した理
論解析(”噴流の基本特性について”、噴流工学 Vol.
12,No.2,1995,23−32)により柳井田(真
下)が明らかにしたものであり、理論と実験のよい一致
を示している。When the cavitation initiation coefficient σ # i is represented by a graph from the equations (10) and (12), as shown in FIG. 4, the maximum value is obtained when θ # w is around 30 degrees. This graph is quoted from Numachi's experimental report (Hayaken Report, Vol. 16, 1960-1961, No. 158, No. 159). Theoretical analysis excerpted as described above in this specification (“About the basic characteristics of jets”, Jet Engineering Vol.
12, No. 2, 1995, 23-32) by Yanaida (directly below), showing good agreement between theory and experiment.
【0048】図5は、その図中に示すDとdの比とキャ
ビテーション初生係数σ#iの関係を示している。即
ち、キャビテーション初生係数σ#iは、比(D/d)
(図1においてD/D0)が3のあたりで最大になる。
したがって、Dを単位長さの3倍とするとLは単位長さ
の8倍であることが好ましい。FIG. 5 shows the relationship between the ratio of D and d shown in the figure and the cavitation initiation coefficient σ # i. That is, the cavitation initiation coefficient σ # i is determined by the ratio (D / d)
(D / D0 in FIG. 1) becomes maximum around 3.
Therefore, if D is three times the unit length, L is preferably eight times the unit length.
【0049】噴流の付着距離X#Rは、図6中のd、噴
流広がり係数k#j及び側壁角θ#wを用いて、次式で
表される。The jet attachment distance X # R is expressed by the following equation using d in FIG. 6, the jet expansion coefficient k # j, and the side wall angle θ # w.
【数9】 なお参考のために計算結果を示すと、(Equation 9) Note that the calculation results are shown for reference.
【数10】 (Equation 10)
【0050】図6,7は、キャビテーションエロージョ
ンを示す実験結果(“ Hydraulicsof Pipelines ”, J.
Paul Tullis,JOHN WILEY & SONS, SONS,1989, P170 )
からの引用である。X#cpは、キャビテーションエロ
ージョンの発生領域即ちキャビテーション・ピッチング
・ゾーンの中間のx座標を示している。図7は、超音波
最大発生位置の座標と側壁角θ#wとの関係を示してい
る。この両実験結果から、キャビテーションエロージョ
ンが起こる特定領域の存在は、超音波発生の特定領域の
存在と概ね一致していることが傍証されている。FIGS. 6 and 7 show experimental results showing cavitation erosion ("Hydraulics of Pipelines", J.
Paul Tullis, JOHN WILEY & SONS, SONS, 1989, P170)
This is a quote from X # cp indicates the region where cavitation erosion occurs, that is, the x coordinate in the middle of the cavitation pitching zone. FIG. 7 shows the relationship between the coordinates of the ultrasonic maximum generation position and the side wall angle θ # w. The results of these two experiments prove that the existence of the specific region where cavitation erosion occurs substantially coincides with the existence of the specific region where ultrasonic waves are generated.
【0051】図6,7に、真方の研究によるコア長さX
#cが併記されている。図7に示されるように、キャビ
テーション超音波の最大位置は、真方のコア長さに概ね
一致している。図6に示されるように、急拡大に相当す
るオリフィス・キャビテーションの崩壊実験も真方の研
究に概ね一致している。せん断応力τ、乱流拡散係数χ
と噴流コア長さが密接に関係するキャビテーション効果
は、ノズル形状、箱の形状に適切なディメンジョンを与
えることにより促進される。FIGS. 6 and 7 show the core length X obtained by the square study.
#C is also shown. As shown in FIG. 7, the maximum position of the cavitation ultrasonic wave substantially corresponds to the square core length. As shown in FIG. 6, the orifice cavitation collapse experiment corresponding to the rapid expansion is almost in agreement with the study in the square. Shear stress τ, turbulent diffusion coefficient χ
The cavitation effect, in which the nozzle and jet core lengths are closely related, is promoted by giving appropriate dimensions to the nozzle shape and box shape.
【0052】以上に、コア核を単位とする座標系上で記
述される運動量分布に基づくせん断応力の運動方程式か
ら、キャビテーション発生領域、その度合い等をグロー
バルに解析することができその解析はシンプルであるこ
とが示された。As described above, the cavitation generation region, its degree, etc. can be analyzed globally from the equation of motion of shear stress based on the momentum distribution described on the coordinate system with the core nucleus as a unit, and the analysis is simple and simple. It was shown that there is.
【0053】次に、キャビテーション泡1個に関するロ
ーカルな検討も必要である。Next, it is also necessary to locally consider one cavitation bubble.
【0054】空気含有率とキャビテーション初生係数の
関係にも注目すべき報告がある。第12回国際 Towing
Tank 会議( ITTC )で発表された実験報告によると、
実験水に含まれるキャビテーション核の状態が異なれ
ば、キャビテーションの発生状態が著しく変わるという
ことである。図8( R.Oba 等、Cavitation-Nuclei Mea
surements by a Newly Made Coulter-Counter without
Adding Salt in Water,Rep. Inst. High Speed Mech.,
Tohoku University, Sendai, 43-340(1981),173)は、
水道水中の水中核(空気核、塩素核など)の直径と核の
数との関係を示している。採取直後から24時間後の核
径とその数の分布が大きく変化している。このように水
道水中のキャビテーション核の存在は安定しているので
はない。There are also reports that note the relationship between the air content and the cavitation initiation coefficient. 12th International Towing
According to an experimental report released at the Tank Conference (ITTC),
This means that if the state of the cavitation nuclei contained in the experimental water is different, the state of cavitation changes significantly. Figure 8 (R.Oba et al., Cavitation-Nuclei Mea
surements by a Newly Made Coulter-Counter without
Adding Salt in Water, Rep.Inst.High Speed Mech.,
Tohoku University, Sendai, 43-340 (1981), 173)
It shows the relationship between the diameter of underwater nuclei (air nuclei, chlorine nuclei, etc.) in tap water and the number of nuclei. The distribution of the nucleus diameter and its number 24 hours after the collection has changed significantly. Thus, the presence of cavitation nuclei in tap water is not stable.
【0055】図9(沼知の研究)は、水中核数(数密度
分布)と核径に関係する空気含有量と初生キャビテーシ
ョン係数Kとの関係を示している。温度変化に係わらず
空気含有量は、初生キャビテーション係数(その定義
は、小林陵二:キャビテーション、ウオータージェッ
ト、1−2(1984、1−13)に詳しく説明されて
いる)に著しく影響することが明瞭に示されている。空
気含有量α/α#sの分子は現実の空気含有量であり、
α#sは飽和空気含有量を示す。FIG. 9 (Numachi's study) shows the relationship between the number of underwater nuclei (number density distribution), the air content related to the nucleus diameter, and the initial cavitation coefficient K. Regardless of the temperature change, the air content can significantly affect the primary cavitation coefficient (the definition is described in detail in Ryoji Kobayashi: Cavitation, Waterjet, 1-2 (1984, 1-13)). It is clearly shown. The numerator of the air content α / α # s is the actual air content,
α # s indicates the saturated air content.
【0056】キャビテーションは肉眼で観察すると白い
雲状に見えるが、高速度写真と瞬間写真で見ると、運動
する気泡群と固体表面に固定された空洞から形成されて
いることがわかる。気泡の時間的変動を見ると、気泡に
は一生涯があり、成長期と消滅期とがあり、消滅後にレ
バウンド過程を伴う場合がある。(Rayleigh)の理論(1
917)によると、1個の球状の蒸気泡が十分に広い静
止空間にあるとすれば、その気泡が初期の気泡半径R#
0から気泡半径Rになって消滅したときに気泡近傍に発
生する圧力の最大値p#maxは、次式で示される。Although cavitation looks like a white cloud when observed with the naked eye, it can be seen from high-speed photographs and instant photographs that it is formed from moving bubbles and cavities fixed to the solid surface. Looking at the temporal fluctuation of bubbles, a bubble has a lifetime, has a growth period and a disappearance period, and may be accompanied by a rebound process after disappearance. (Rayleigh) Theory (1
According to 917), assuming that one spherical vapor bubble is in a sufficiently large still space, the bubble has an initial bubble radius R #.
The maximum value p # max of the pressure generated near the bubble when it disappears from 0 to the bubble radius R is expressed by the following equation.
【0057】[0057]
【数11】 p#∞は、周囲空間の圧力である。気泡半径Rが初期半
径の1/20になったとすると、最大圧力は周囲空間の
圧力の1280倍になる。ガスを僅かながら含んでいる
1つの蒸気泡が消滅してレバウンドする際の半径方向の
圧力分布p(r)とその時間変化の理論値は、レバウン
ド期に衝撃波と見られる急激な圧力上昇が現れる。[Equation 11] p # ∞ is the pressure of the surrounding space. Assuming that the bubble radius R is 1/20 of the initial radius, the maximum pressure is 1280 times the pressure of the surrounding space. The theoretical value of the pressure distribution p (r) in the radial direction when one vapor bubble containing a small amount of gas disappears and rebounds and its time change shows a sharp pressure rise that is seen as a shock wave during the rebound period. .
【0058】これは、シュリーレン写真撮影により確認
されている。このような気泡の消滅・レバウンド期に発
生する衝撃圧が、キャビテーション・エロージョンを記
述するメカニズムの重要な原因であると認められるよう
になった。その原因の1つは、消滅するキャビテーショ
ン気泡の内部に形成されるマイクロジェットであるとす
るマイクロジェット説が有力である。This has been confirmed by schlieren photography. It has been recognized that the impact pressure generated during the bubble extinction / rebound period is an important cause of the mechanism for describing cavitation erosion. One of the causes is the microjet theory, which is based on the assumption that the microjets are formed inside the disappearing cavitation bubbles.
【0059】図10は、固体表面上にある球状気泡の消
滅過程の数値シュミレーションを示し、気泡内に形成さ
れたマイクロジェットが固体表面をヒットする様子を示
している。このような現象は、実験によっても確認され
ている。FIG. 10 shows a numerical simulation of the annihilation process of a spherical bubble on a solid surface, and shows how a micro jet formed in the bubble hits the solid surface. Such a phenomenon has been confirmed by experiments.
【0060】キャビテーションの研究は、従来、材料損
傷、固体表面の洗浄などの観点で行われてきたが、キャ
ビテーションの崩壊時の衝撃的圧力変動を積極的空気の
導入によるキャビテーション効果と組み合わせて、有効
な破壊浄化、分離という技術手段のために行われたこと
はない。均質に分散・拡散させたキャビテーション泡の
衝撃的圧力は、細胞を有効に破壊し、気液を有効に分離
することができる。Cavitation research has hitherto been carried out from the viewpoints of material damage, cleaning of solid surfaces, and the like. However, the impact pressure fluctuation at the time of cavitation collapse is combined with the cavitation effect of the active introduction of air. It has never been done for the technical means of destructive purification and separation. The impact pressure of the cavitation bubbles uniformly dispersed and diffused can effectively destroy cells and effectively separate gas and liquid.
【0061】噴流核は回転翼の回転によっても生じる。
この場合は、空気は空洞化された回転翼の一部に開けた
孔から回転翼表面から発生するジェット流に空気を引き
込むことができる。The jet nucleus is also generated by the rotation of the rotor.
In this case, the air can be drawn into the jet stream generated from the surface of the rotor from a hole formed in a part of the hollow rotor.
【0062】細胞破壊、各種塩類の分解等の有効性は、
空気導入にはあまり影響されない。キャビテーションの
発生及びその消滅の過程における空間的・時間的な圧力
勾配( dP/dx・dP/dt )に大きく依存する。キャビテー
ションは、ノズルの噴出口から下流側に形成される既述
のコアの周辺で発生する。キャビテーションの発生量と
コアの形状・分布は、直接には関係しない。キャビテー
ションの発生量は、直径が小さい口からその口の直径よ
りも大きい直径の噴出孔に液体が高速で流れ出る場合に
増大する。The effectiveness of cell destruction, decomposition of various salts, etc.
Less affected by air introduction. It largely depends on the spatial and temporal pressure gradient (dP / dx · dP / dt) in the process of cavitation generation and its disappearance. Cavitation occurs around the above-described core formed downstream from the nozzle outlet. The amount of cavitation and the shape and distribution of the core are not directly related. The amount of cavitation increases when the liquid flows at a high speed from a small-diameter port to an orifice having a diameter larger than the diameter of the port.
【0063】本発明のキャビテーションノズル3は、加
圧供給路10から急激に段差のある径の大きく段差のあ
る噴射孔11へ出る時にキャビテーションを大量に発生
させる。このキャビテーションノズル3は、むしろ前述
した噴流核(コア)が明白に存在しない方がキャビテー
ション発生のためには、有利である。The cavitation nozzle 3 according to the present invention generates a large amount of cavitation when the cavitation nozzle 3 suddenly exits from the pressurized supply passage 10 to the stepped injection hole 11 having a large diameter. In the cavitation nozzle 3, it is more advantageous for the occurrence of cavitation that the above-mentioned jet nucleus (core) is not clearly present.
【0064】[実施の形態2]図11は、噴射容器の他
の実施の形態を示す。噴射容器61は、上部が開放され
た円筒状の形をしたものである。噴射容器61の底面
は、支柱62で支持されている。噴射容器61の上部
は、補強及びジェット流衝突板65の支持のために補強
材63が直径方向に橋渡して固定されている。補強材6
3の下面には、衝突板支持材65の上端が固定されてい
る。[Embodiment 2] FIG. 11 shows another embodiment of the injection container. The injection container 61 has a cylindrical shape with an open top. The bottom surface of the injection container 61 is supported by a support 62. A reinforcing member 63 is fixed to the upper portion of the injection container 61 so as to bridge in the diameter direction for reinforcement and to support the jet flow collision plate 65. Reinforcement 6
An upper end of the collision plate support member 65 is fixed to the lower surface of 3.
【0065】衝突板支持材65の下端には、ジェット流
衝突板64が固定されている。噴射容器61の底板66
には、キャビテーションノズル67が固定されている。
キャビテーションノズル67の構造、機能は、実施の形
態1と同様のものであるので説明は省略する。キャビテ
ーションノズル67には、配管を介してポンプ68が接
続され加圧された液体が供給される。キャビテーション
ノズル67から噴射された液体は、ジェット流衝突板6
4に衝突する。A jet flow collision plate 64 is fixed to the lower end of the collision plate support 65. Bottom plate 66 of injection container 61
Has a cavitation nozzle 67 fixed thereto.
The structure and function of the cavitation nozzle 67 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. A pump 68 is connected to the cavitation nozzle 67 via a pipe, and the pressurized liquid is supplied. The liquid ejected from the cavitation nozzle 67 is applied to the jet flow impingement plate 6.
Collision 4
【0066】底板66には、排出菅68の一端が接続さ
れている。排出菅68の排出口69は噴射容器61の側
面の上部に配置されている。従って、噴射された液体
は、排出口69のレベルまで上昇した後、排出口から排
出される。噴射容器61の上部は開放されているので、
この開放部から液中の溶解した物質、液中に溶解した気
体の気化が容易になる。One end of a discharge tube 68 is connected to the bottom plate 66. The discharge port 69 of the discharge tube 68 is arranged at the upper part of the side surface of the injection container 61. Therefore, the injected liquid is discharged from the outlet after rising to the level of the outlet 69. Since the upper part of the injection container 61 is open,
From this opening, the dissolved substance in the liquid and the gas dissolved in the liquid are easily vaporized.
【0067】(その他の実施の形態)キャビテーション
発生システムに使用されるキャビテーションノズルは、
前述した本発明のキャビテーションノズルが最適である
が、キャビテーションを発生できるものであれば、公知
の他のキャビテーションノズル(特公平4−43712
号等)であっても良い。(Other Embodiments) The cavitation nozzle used in the cavitation generation system is as follows.
Although the above-described cavitation nozzle of the present invention is optimal, other known cavitation nozzles (Japanese Patent Publication No. 4-43712) may be used as long as they can generate cavitation.
Number etc.).
【0068】また、前述した実施の形態1及び2のキャ
ビテーション発生システムは、噴射容器1の側壁2、又
は噴射容器61の底板66にキャビテーションノズル
3、6を配置したものであった。しかしながら、キャビ
テーションノズル3、6を配管により、噴射容器1又は
噴射容器61内に挿入して噴射させるタイプのものであ
っても良い。In the cavitation generating systems of the first and second embodiments described above, the cavitation nozzles 3 and 6 are arranged on the side wall 2 of the injection container 1 or on the bottom plate 66 of the injection container 61. However, a type in which the cavitation nozzles 3 and 6 are inserted into the ejection container 1 or the ejection container 61 by piping and ejected may be used.
【0069】(実験例)図12は、本発明による清水中
の酸素の脱気性能を示す比較表である。水中の酸素の脱
気が良く行われていることがわかる。 図13は、本発
明によるキャビテーションノズルの性能テストであり、
清水中の溶存酸素の脱気性能の時間変化を示す図であ
る。このデータは、10リットルの水をポンプ圧30Kg
/cm2 液で、流量24/リットルで循環させたときのデ
ータである。水中の酸素の脱気が進むことが確認でき
る。(Experimental Example) FIG. 12 is a comparative table showing the degassing performance of oxygen in fresh water according to the present invention. It can be seen that degassing of oxygen in water is well performed. FIG. 13 is a performance test of the cavitation nozzle according to the present invention,
It is a figure which shows the time change of the deaeration performance of the dissolved oxygen in fresh water. This data shows that 10 liters of water is pumped at 30 kg
This is data when the liquid was circulated at a flow rate of 24 / liter with a liquid of / cm 2 . It can be confirmed that deaeration of oxygen in the water proceeds.
【図1】図1は、本発明のキャビテーション発生システ
ムの概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a cavitation generation system according to the present invention.
【図2】図2は、噴流解析のための座標系を示す断面図
である。FIG. 2 is a sectional view showing a coordinate system for jet flow analysis.
【図3】図3は、拘束噴流モデルについての噴流解析の
ための座標系を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a coordinate system for jet analysis of a restricted jet model.
【図4】図4は、ノズルの開き形状とキャビテーション
初生係数の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a nozzle opening shape and a cavitation initiation coefficient.
【図5】図5は、急拡大ノズルとキャビテーション初生
係数の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a rapidly expanding nozzle and a cavitation initiation coefficient.
【図6】図6は、キャビテーション壊食と噴流コア長さ
の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between cavitation erosion and jet core length.
【図7】図7は、キャビテーション超音波最高値位置と
噴流コア長さとの関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a cavitation ultrasonic maximum position and a jet core length.
【図8】図8は、急拡大ノズルとキャビテーション初生
係数の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between a rapidly expanding nozzle and a cavitation initiation coefficient.
【図9】図9は、核の直径とその数の関係を示すグラフ
である。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the diameter of a nucleus and the number thereof.
【図10】図10は、空気含有率と初生キャビテーショ
ン係数との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the air content and the initial cavitation coefficient.
【図11】図11は、噴射容器の他の実施例を示す断面
図である。FIG. 11 is a sectional view showing another embodiment of the injection container.
【図12】図12は、本発明による清水中の酸素の脱気
性能を示す比較表である。FIG. 12 is a comparison table showing the degassing performance of oxygen in fresh water according to the present invention.
【図13】図13は、本発明による清水中の溶存酸素の
脱気性能の時間変化を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a time change of the degassing performance of dissolved oxygen in fresh water according to the present invention.
【符号の説明】 1…噴射容器 3…キャビテーションノズル 5…ポンプ 6…排水管 10…加圧液体供給孔 11…噴射孔[Description of Signs] 1 ... Injection container 3 ... Cavitation nozzle 5 ... Pump 6 ... Drain pipe 10 ... Pressurized liquid supply hole 11 ... Injection hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増本 輝男 佐賀県唐津市原1534番地 株式会社ワイビ ーエム内 (72)発明者 田中 守 佐賀県唐津市原1534番地 株式会社ワイビ ーエム内 Fターム(参考) 4D037 AA01 AA08 AA09 AB03 AB11 AB18 BA23 BA26 BB04 BB05 BB07 4D050 AA08 AB06 AB31 AB32 AB35 AB46 BB01 BC02 CA03 4F033 AA09 BA03 CA04 DA01 EA01 JA07 NA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Teruo Masumoto 1534 Hara, Karatsu-shi, Saga Prefecture, Japan WYB-M Corporation (72) Inventor Mamoru, 1534 Hara, Karatsu-shi, Saga Prefecture F-term in WYM Corporation, Inc. 4D037 AA01 AA08 AA09 AB03 AB11 AB18 BA23 BA26 BB04 BB05 BB07 4D050 AA08 AB06 AB31 AB32 AB35 AB46 BB01 BC02 CA03 4F033 AA09 BA03 CA04 DA01 EA01 JA07 NA01
Claims (8)
ンを発生させるためのキャビテーションノズルであっ
て、 高圧液体供給源から供給される液体を通す加圧液体供給
路と、 前記加圧液体供給路と連通し、前記加圧液体供給路から
段差を有して急拡大した噴射孔とからなるキャビテーシ
ョンノズル。1. A cavitation nozzle for jetting a jet into a liquid to generate cavitation, comprising: a pressurized liquid supply path through which a liquid supplied from a high-pressure liquid supply source passes; A cavitation nozzle which is in communication with the injection hole which has a step from the pressurized liquid supply path and is rapidly expanded.
であって、 前記加圧液体供給路の有効直径をD0で表し、前記噴射
孔の有効直径をDで表し、前記噴射孔の有効長さをLで
表すと前記キャビテーション発生条件が 2≦D/D0≦12、且つ、L/D0≧4 であることを特徴とするキャビテーションノズル。2. The cavitation nozzle according to claim 1, wherein an effective diameter of the pressurized liquid supply passage is represented by D0, an effective diameter of the ejection hole is represented by D, and an effective length of the ejection hole is represented by D0. A cavitation nozzle characterized in that the cavitation occurrence condition is represented by L, 2 ≦ D / D0 ≦ 12 and L / D0 ≧ 4.
であって、 前記加圧液体供給路の有効直径がD0で表し、前記噴射
孔の有効直径がDで表すと、 前記キャビテーション発生条件が 8≦D/D0≦10、且つ、L/D0≧8 であることを特徴とするキャビテーションノズル。3. The cavitation nozzle according to claim 1, wherein when the effective diameter of the pressurized liquid supply path is represented by D0 and the effective diameter of the injection hole is represented by D, the cavitation generation condition is 8 ≦. A cavitation nozzle, wherein D / D0 ≦ 10 and L / D0 ≧ 8.
ンを発生させるためのキャビテーションノズルと、 前記液体を収納する容器と、 前記容器に設けられ前記液体を排出する出口とからな
り、 前記キャビテーションノズルで噴射され前記容器の中に
導入され前記出口から排出され液体は、前記容器の中で
不規則な渦流を発生するジェット流として形成されるこ
とを特徴とするキャビテーション発生システム。4. A cavitation nozzle comprising: a cavitation nozzle for injecting a pressurized liquid to generate cavitation; a container for storing the liquid; and an outlet provided in the container for discharging the liquid. The cavitation generating system is characterized in that the liquid ejected at the outlet and introduced into the container and discharged from the outlet is formed as a jet flow that generates an irregular vortex in the container.
ステムにおいて、 前記容器が円筒体であり、前記円筒体の直径がD2で表
すと、 D2/D0≧12 であることを特徴とするキャビテーションノズルを備え
たキャビテーション発生システム。5. The cavitation generating system according to claim 4, wherein the container is a cylindrical body, and when the diameter of the cylindrical body is represented by D2, D2 / D0 ≧ 12. Cavitation generation system equipped.
発生システムにおいて、 前記容器が前記出口を除いて密閉された容器であり、か
つ前記容器の内部圧力をP1で表し、前記加圧液体供給
路からの噴射圧力をP0で表せれば P1=P0/30以下 であることを特徴とするキャビテーション発生システ
ム。6. The cavitation generating system according to claim 4, wherein the container is a closed container except for the outlet, and the internal pressure of the container is represented by P1, and the pressurized liquid supply path is provided. A cavitation generating system characterized by the following equation: P1 = P0 / 30 or less if the injection pressure from the fuel can be represented by P0.
発生システムにおいて、 前記容器の内部圧力をP1で表し、前記加圧液体供給路
からの噴射圧力をP0で表せれば P1=P0/100以下 であることを特徴とするキャビテーション発生システ
ム。7. The cavitation generating system according to claim 4, wherein the internal pressure of the container is represented by P1, and the injection pressure from the pressurized liquid supply path is represented by P0. A cavitation generation system, characterized in that:
発生システムにおいて、 前記キャビテーションノズルは、 高圧液体供給源から供給される液体を通す加圧液体供給
路と、 前記加圧液体供給路と連通し、前記加圧液体供給路から
段差を有して急拡大した噴射孔とからなることを特徴と
するキャビテーション発生システム。8. The cavitation generating system according to claim 4, wherein the cavitation nozzle communicates with a pressurized liquid supply path through which a liquid supplied from a high-pressure liquid supply source passes. A cavitation generating system comprising: a jetting hole which is rapidly expanded with a step from the pressurized liquid supply path.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10349912A JP2000167439A (en) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Cavitation nozzle and cavitation generation system |
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JP10349912A JP2000167439A (en) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | Cavitation nozzle and cavitation generation system |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000167439A true JP2000167439A (en) | 2000-06-20 |
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ID=18406954
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JP (1) | JP2000167439A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-12-09 JP JP10349912A patent/JP2000167439A/en active Pending
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