(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を超音波振動させてミストとし、原液からミストを分離して原液よりも高濃度の溶液を回収する溶液の超音波分離装置であって、
原液を複数の超音波振動子(2)で超音波振動させてミストに霧化する霧化室(4)と、霧化室(4)で霧化されたミストを回収する回収部(40)とを備え、
霧化室(4)に複数の区画室(5)を設けて、この区画室(5)に超音波振動子(2)を配設すると共に、区画室(5)に供給される原液を超音波振動子(2)で超音波振動させてミストに霧化し、
さらに、各区画室(5)には、超音波振動子(2)を配置して超音波振動で霧化される原液を供給する霧化領域(53)を設けると共に、霧化領域(53)に原液を分岐して供給しており、
さらにまた、超音波振動子(2)で霧化された原液のミストに搬送気体を供給する供給開口(14)を区画室(5)の底部に設けており、この供給開口(14)から供給される搬送気体でもって、霧化されたミストを、区画室(5)を上方に通過させて外部に排出して、原液からミストを分離し、このミストを回収して原液よりも高濃度の溶液を回収するようにしてなる溶液の超音波分離装置。
【請求項２】
霧化室(4)の内部を隔壁(8)で区画して複数の区画室(5)を設けてなる請求項１に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項３】
霧化室(4)の内部を隔壁(8)で格子状に区画して、複数の区画室(5)を縦横に隣接して設けており、さらに、隣接する区画室(5)の間に位置する隔壁(8)の下端部に連通開口(9)を開口して、霧化室(4)に供給される原液を隣接する区画室(5)間で移動できるようにしてなる請求項２に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項４】
複数の区画室(5)を、連通開口(9)を介して直列に連結してなる請求項３に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項５】
霧化室(4)の内部に複数のユニットケース(61)を配置しており、このユニットケース(61)で区画室(5)を構成している請求項１に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項６】
超音波振動子(2)の上方に、超音波振動子(2)で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部(12)を有する筒体(6)を設けている請求項１ないし５のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項７】
筒体(6)が、内筒(6a)の外側に外筒(6b)を備えており、内筒(6a)と外筒(6b)との間に搬送気体のダクト(15)を設けており、ダクト(15)は筒体(6)の開口部(12)の周縁に供給開口(14)を開口して、供給開口(14)から搬送気体を排出するようにしている請求項６に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項８】
霧化室(4)が、複数の超音波ユニット(60)と、超音波ユニット(60)を脱着できるように連結している基台(90)とを備え、超音波ユニット(60)は、内部に原液を供給するユニットケース(61)と、このユニットケース(61)の底面に設けられた超音波振動子(2)と、この超音波振動子(2)で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部(12)を有する筒体(6)とを備え、ユニットケース(61)は、内部を区画室(5)とすると共に、筒体(6)から排出される原液のミストに搬送気体を供給する供給開口(14)を設けており、
複数の超音波ユニット(60)を基台(90)に連結し、基台(90)から各々のユニットケース(61)に原液を供給し、筒体(6)から排出されるミストを供給開口(14)に供給する搬送気体で区画室(5)の外部に排出し、各々の超音波ユニット(60)から排出されるミストを回収して溶液を回収するようにしてなる請求項１に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項９】
超音波振動子(2)と筒体(6)とを一体的に連結してなる脱着ユニット(80)としており、この脱着ユニット(80)を区画室(5)の底部に脱着自在に連結してなる請求項６ないし８のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１０】
超音波振動子(2)に接続されて超音波振動子(2)に高周波電力を供給して超音波振動子(2)を超音波振動させる高周波電源(3)を備えており、この高周波電源(3)と超音波振動子(2)とを一体的に連結してなる連結ユニット(57)としており、この連結ユニット(57)を区画室(5)の底部に脱着自在に連結している請求項１ないし９のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１１】
ユニットケース(61)が、原液を供給する溶液供給管(70)と、超音波振動子(2)に電力を供給する電源コード(76)とを備え、この溶液供給管(70)と電源コード(76)とを脱着できるように基台(90)に連結して、超音波ユニット(60)を基台(90)に連結している請求項８に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１２】
ユニットケース(61)が、筒体(6)のダクト(15)に搬送気体を供給する気体供給管(72)を備え、この気体供給管(72)を脱着できるように基台(90)に連結して、超音波ユニット(60)を基台(90)に連結している請求項８に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１３】
霧化室(4)が、ミストを含む搬送気体を排出する排出側にデミスタ(97)を配設しており、このデミスタ(97)でミストの一部を回収する請求項１、７、８のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１４】
搬送気体がヘリウムである請求項１、７、８、１２、１３のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１５】
搬送気体が水素である請求項１、７、８、１２、１３のいずれかに記載される溶液の超音波分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酒や酒原料等のアルコール、石油、原油等から目的物質の濃度の高い溶液を分離する超音波分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、原液を超音波振動させてミストとし、このミストを回収して原液に含まれる目的物質を高濃度とする溶液を分離する装置を開発した。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−３１４７２４号公報
【０００３】
この分離装置は、例えばアルコールを含む原液を超音波振動させて、搬送気体中に微細なミストとし、霧化されたミストを搬送気体から分離、回収して原液よりも高濃度なアルコール溶液を分離できる。この方式の分離装置は、原液を加熱して気化させる装置に比較して、少ないエネルギーで高濃度なアルコールを分離できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波振動でアルコール等の目的物質を高濃度に含む溶液を分離する装置は、処理能力を大きくするために、多数の超音波振動子を使用する必要がある。それは、ひとつの超音波振動子の出力が比較的小さいため、複数の超音波振動子を使用して処理能力を大きくするためである。また、小出力である多数の超音波振動子で液面の多数の部分を超音波振動させて、液を広い液面から効率よくミストに霧化させるためである。超音波分離装置は、たとえば、超音波振動子の総合出力を１ｋＷ〜数百ｋＷとし、ひとつの超音波振動子の出力を１０Ｗとすると、１００〜数万個と極めて多数の超音波振動子を使用することもある。
【０００５】
しかしながら、複数の超音波振動子で原液をミストに霧化する超音波分離装置は、各々の超音波振動子で霧化されたミストを効率よく回収するのが難しい問題点がある。とくに、複数の超音波振動子を霧化室に配設して、これらの超音波振動子で霧化されたミストを霧化室から回収部に移動させて回収する分離装置は、多数の超音波振動子で霧化されたミストを効率よく霧化室から排出できない問題点がある。それは、各超音波振動子で霧化された微細なミストが霧化室から排出される前に、互いに衝突しあって凝集し、ミストの状態で霧化室から排出できなくなるからである。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的として開発されたものである。本発明の第１の目的は、複数の超音波振動子で霧化されるミストを効率よく集めて霧化室から排出できる溶液の超音波分離装置を提供することにある。
【０００７】
さらに、超音波振動でアルコール等の目的物質を高濃度に含む溶液を分離する装置は、一定時間毎に超音波振動子を交換する必要がある。一定の時間使用して超音波振動子の寿命が尽きると、効率よく超音波振動しなくなるからである。超音波振動子は、供給される高周波電力で機械的に微振動されるために電子部品に比較して寿命が短く、１年〜２年も経過すると効率よく超音波振動しなくなる。ところが、多数の超音波振動子を使用する超音波分離装置は、超音波振動子の交換に著しく手間がかかる。とくに、霧化室の底面に固定している超音波振動子は、水漏れしないように防水構造で固定するので、さらに交換に手間がかかる。それは、パッキン等を正確な位置に挟着して、完全な防水構造として超音波振動子を交換するからである。
【０００８】
本発明は、さらにこのような欠点を解決することを目的として開発されたものである。本発明の第２の目的は、超音波振動子の交換を簡単にできる溶液の超音波分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の溶液の超音波分離装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。  溶液の超音波分離装置は、目的物質を含む原液を超音波振動させてミストとして、原液からミストを分離して原液よりも高濃度の溶液を回収する。溶液の超音波分離装置は、原液を複数の超音波振動子２で超音波振動させてミストに霧化する霧化室４と、霧化室４で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部４０とを備える。霧化室４は、複数の区画室５を備えており、この区画室５に超音波振動子２を配設すると共に、区画室５に供給される原液を超音波振動子２で超音波振動させてミストに霧化している。各区画室５には、超音波振動子２を配置して超音波振動で霧化される原液を供給する霧化領域５３を設けると共に、霧化領域５３に原液を分岐して供給しており、区画室５から排出されるミストを原液から分離し、このミストを回収して高濃度の溶液を回収する。
【００１０】
本発明の溶液の超音波分離装置は、霧化室４の内部を隔壁８で区画して複数の区画室５を設けることができる。
【００１１】
本発明の溶液の超音波分離装置は、霧化室４の内部を隔壁８で格子状に区画して、複数の区画室５を縦横に隣接して設けると共に、隣接する区画室５の間に位置する隔壁８の下端部に連通開口９を開口して、霧化室４に供給される原液を隣接する区画室５間で移動できるようにすることができる。
【００１２】
本発明の溶液の超音波分離装置は、複数の区画室５を、連通開口９を介して直列に連結することができる。
【００１３】
本発明の溶液の超音波分離装置は、霧化室４の内部に複数のユニットケース６１を配置して、このユニットケース６１で区画室５を構成することができる。
【００１４】
本発明の溶液の超音波分離装置は、超音波振動子２で霧化された原液のミストに搬送気体を供給する供給開口１４を区画室５の底部に設けて、この供給開口１４から供給される搬送気体でもって、区画室５を通過させてミストを外部に排出する。
【００１５】
本発明の溶液の超音波分離装置は、超音波振動子２の上方に、超音波振動子２で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部１２を有する筒体６を設けることができる。
【００１６】
本発明の溶液の超音波分離装置は、筒体６が内筒６ａの外側に外筒６ｂを備えて、内筒６ａと外筒６ｂとの間に搬送気体のダクト１５を設けると共に、このダクト１５が、筒体６の開口部１２の周縁に供給開口１４を開口して、供給開口１４から搬送気体を排出することができる。
【００１７】
本発明の溶液の超音波分離装置は、霧化室４が、複数の超音波ユニット６０と、超音波ユニット６０を脱着できるように連結している基台９０とを備えることができる。超音波ユニット６０は、内部に原液を供給するユニットケース６１と、このユニットケース６１の底面に設けられた超音波振動子２と、この超音波振動子２で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部１２を有する筒体６とを備えることができる。ユニットケース６１は、内部を区画室５とすると共に、筒体６から排出される原液のミストに搬送気体を供給する供給開口１４を設けることができる。この超音波分離装置は、複数の超音波ユニット６０を基台９０に連結し、基台９０から各々のユニットケース６１に原液を供給し、筒体６から排出されるミストを供給開口１４に供給する搬送気体で区画室５の外部に排出し、各々の超音波ユニット６０から排出されるミストを回収して溶液を回収することができる。
【００１８】
本発明の溶液の超音波分離装置は、超音波振動子２と筒体６とを一体的に連結してなる脱着ユニット８０として、この脱着ユニット８０を区画室５の底部に脱着自在に連結することができる。
【００１９】
本発明の溶液の超音波分離装置は、超音波振動子２に接続されて超音波振動子２に高周波電力を供給して超音波振動子２を超音波振動させる高周波電源３を備え、この高周波電源３と超音波振動子２とを一体的に連結してなる連結ユニット５７として、この連結ユニット５７を区画室５の底部に脱着自在に連結することができる。
【００２０】
本発明の溶液の超音波分離装置は、ユニットケース６１が、原液を供給する溶液供給管７０と、超音波振動子２に電力を供給する電源コード７６とを備え、この溶液供給管７０と電源コード７６とを脱着できるように基台９０に連結して、超音波ユニット６を基台９０に連結することができる。
【００２１】
本発明の溶液の超音波分離装置は、ユニットケース６１が、筒体６のダクト１５に搬送気体を供給する気体供給管７２を備え、この気体供給管７２を脱着できるように基台９０に連結して、超音波ユニット６を基台９０に連結することができる。
【００２２】
本発明の溶液の超音波分離装置は、霧化室４が、ミストを含む搬送気体を排出する排出側にデミスタ９７を配設して、このデミスタ９７でミストの一部を回収することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超音波分離装置は、複数の超音波振動子で霧化されるミストを効率よく集めて霧化室から排出できる特長がある。それは、本発明の超音波分離装置が、原液を超音波振動させてミストに霧化する霧化室に、複数の区画室を備えており、この区画室に配設される超音波振動子で原液を超音波振動させてミストに霧化し、区画室から排出されるミストを回収して溶液を回収するからである。このように、霧化室の内部を複数の区画室に区画して、区画室に超音波振動子を配設する構造は、複数の超音波振動子で霧化されるミストを区画室に沿って移送させて霧化室から排出するので、霧化されたミストを効率よく回収できる。各々の区画室を移動するミストは、互いに干渉しあうことなく移送され、いいかえると搬送途中で気相が乱れることなくスムーズに移送され、また、ミスト同士が互いにぶつかり合って凝集することなく効率よく回収される。したがって、複数の超音波振動子で霧化されるミストを効率よく集めて霧化室から排出して、溶液の回収効率を向上できる特長が実現できる。
【００２４】
とくに、本発明の超音波分離装置は、ミストに搬送気体を供給する供給開口を区画室の底部に設けて、この供給開口から供給される搬送気体でもって、霧化されたミストを、区画室を通過させて外部に排出するので、超音波振動子で霧化されたミストを移送する搬送気体の流れを各区画室ごとに制御して、霧化されたミストを理想的に移送させて区画室から排出して、ミストの回収効率を向上できる。
【００２５】
さらに、本発明の請求項８の超音波分離装置は、超音波振動子の交換を簡単にできる特長がある。それは、本発明の溶液の超音波分離装置が、複数の超音波ユニットとこの超音波ユニットを脱着できるように連結している基台とを備えており、この超音波ユニットが内部に原液を供給するユニットケースと、原液を超音波振動させる超音波振動子と、超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部を有する筒体とを備え、複数の超音波ユニットを基台に連結し、基台から各々の超音波ユニットのユニットケースに原液を供給すると共に、ユニットケースから排出されるミストを搬送気体で外部に排出し、各々の超音波ユニットから排出されるミストを回収して溶液を回収するからである。この構造の超音波分離装置は、各々の超音波ユニットが超音波振動子を備えており、これらの超音波ユニットを基台に連結しているので、超音波振動子を交換するときには、超音波ユニットを基台から取り外して交換して、簡単にできる特長がある。したがって、多数の超音波振動子を備える超音波分離装置において、超音波振動子の交換にかかる手間や時間を極減して、メンテナンスにかかるコストを低減できると共に、装置の稼動効率を向上できる。さらに、本発明の超音波分離装置は、超音波ユニットを多量生産することにより、その拡張を容易にできると共に、生産コストを低減できる特長もある。
【００２６】
さらに、本発明の請求項８の超音波分離装置は、基台に連結されるユニットケースに超音波振動子を固定しているので、超音波振動子を理想的な防水構造としながら交換できる特長がある。それは、本発明の超音波分離装置が、従来のように、霧化室のケーシングに手間と時間をかけて超音波振動子を防水構造で固定するのではなく、超音波振動子が理想的な防水構造で固定されたユニットケースを交換するからである。
【００２７】
さらに、本発明の請求項８の超音波分離装置は、超音波ユニットのユニットケースに、筒体から排出されるミストに搬送気体を供給する供給開口を設けているので、超音波振動子で霧化されたミストを移送する搬送気体の流れを、各ユニットケースごとに制御できる特長がある。したがって、超音波振動子で霧化されたミストを搬送気体で理想的に移送させてユニットケースから排出し、ミストの回収効率を向上できる。
【００２８】
さらに、本発明の請求項９の超音波分離装置は、超音波振動子と筒体とを一体的に連結してなる連結ユニットを区画室の底部に脱着自在に連結しているので、超音波振動子の交換を簡単にできる特長がある。
【００２９】
さらにまた、本発明の請求項１０の超音波分離装置は、高周波電源と超音波振動子とを一体的に連結してなる連結ユニットを区画室の底部に脱着自在に連結しているので、超音波振動子の交換を簡単にできる特長がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための溶液の超音波分離装置を例示するものであって、本発明は超音波分離装置を以下のものに特定しない。
【００３１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００３２】
本発明の溶液の超音波分離装置は、目的物質を含む原液を超音波振動させてミストとし、このミストを回収して原液よりも高濃度の溶液を回収する。以下に示す溶液の超音波分離装置は、少なくとも２種以上の物質を含む溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化したミストを凝集して回収して高濃度の特定物質を分離する。超音波分離装置は、溶液の溶媒と溶質を特定するものではないが、溶媒は、主として水である。ただ、水以外にもアルコール等の有機溶媒も使用できる。溶液は、例えば以下のものである。
(1)  清酒、ビール、ワイン、食酢、みりん、スピリッツ、焼酎、ブランデー、ウイスキー、リキュール
(2)  ピネン、リナロール、リモネン、ポリフェノール類などの香料、芳香成分ないし香気成分を含む溶液
(3)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合した物質を含む溶液
(4)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をハロゲンによって置き換えた物質を含む溶液
(5)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を水酸基によって置き換えた物質を含む溶液
(6)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をアミノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(7)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボニル基によって置き換えた物質を含む溶液
(8)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボキシル基によって置き換えた物質を含む溶液
(9)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をニトロ基によって置き換えた物質を含む溶液
(10)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をシアノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(11)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をメルカプト基によって置き換えた物質を含む溶液
(12)  前述の(3)〜(11)の溶液に含まれるいずれか一つ以上の原子を金属イオンによって置換した物質を含む溶液
(13)  先述の(3)〜(11)の溶液に含まれる分子のうち任意の水素原子、炭素原子もしくは官能基を(3)〜(11)の分子のうち任意の分子で置き換えた物質を含む溶液
【００３３】
２種以上の物質を含む溶液を超音波振動させて溶液からミストを分離し、分離したミストを凝集して回収すると、ミストから回収された溶液と、ミストにならないで残存する溶液とで、含有物質の濃度が異なる。たとえば、アルコール水溶液を超音波振動でミストに霧化し、霧化されたミストを回収すると、ミストにならないで残存するアルコールよりも高濃度なアルコールとなる。ミストを凝集して回収した溶液のアルコール濃度が高いのは、超音波振動によって、アルコールが水よりもミストに霧化されやすいからである。
【００３４】
以下、溶液をアルコールとして、アルコールをミストに霧化し、このミストを回収して高濃度なアルコールを分離する超音波分離装置を示す。ただし、本発明は、分離する溶液をアルコールには特定しない。本発明は、ミストに霧化して分離できる前述した溶液、あるいはその他の溶液の分離に使用できる。
【００３５】
図１、図９及び図１０に示す溶液の超音波分離装置は、溶液を超音波振動でミストに霧化する超音波霧化機１と、この超音波霧化機１で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部４０とを備える。これらの図に示す超音波分離装置は、超音波霧化機１で霧化されたミストを、搬送気体を介して回収部４０に流入している。図の超音波分離装置は、循環ダクト４１を介して超音波霧化機１を回収部４０に連結しており、搬送気体をブロア４８で超音波霧化機１から回収部４０に移送して、ミストを回収部４０に流入させている。
【００３６】
超音波霧化機１は、原液を複数の超音波振動子２で超音波振動させてミストに霧化する霧化室４を備える。霧化室４は、内部に複数の区画室５を備えている。図１に示す霧化室４は、内部を隔壁８で区画して複数の区画室５を設けている。図９と図１０に示す霧化室４は、内部にユニットケース６１を配設して、このユニットケース６１で区画室５を構成している。霧化室４は、区画室５に超音波振動子２を配設する共に、区画室５に原液を供給しており、超音波振動子２で原液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを搬送気体で区画室５から排出させて、このミストを回収している。
【００３７】
図１に示す超音波霧化機１の霧化室４は、図２に示すように、内部を隔壁８で格子状に区画して、複数の区画室５を設けている。隔壁８で区画される複数の区画室５は、縦横に並ぶ状態で隣接して設けられている。複数の区画室５は、底部に超音波振動子２を配設している。霧化室４は、図３ないし図８に示すように、底板５０に貫通孔５０Ａを開口すると共に、この貫通孔５０Ａに超音波振動子２を配置している。図に示す霧化室４は、各々の区画室５に超音波振動子２を配設している。ただ、霧化室は、必ずしも全ての区画室に超音波振動子を配置する必要はない。
【００３８】
超音波振動子２は、底板５０の貫通孔５０Ａに配置されて固定される。図の超音波霧化機１は、超音波振動子２を、高周波電源３と一体的に連結してなる連結ユニット５７として、底板５０に固定している。連結ユニット５７は、高周波電源３を構成する電子部品をケーシング５８に収納して、このケーシング５８の上面に超音波振動子２を配設している。超音波振動子２は、電極を高周波電源３に接続しており、高周波電源３から供給される電力で超音波振動される。高周波電源３は、リード線２７を介して超音波振動子２に接続されて、超音波振動子２に高周波出力を出力する。連結ユニット５７は、ケーシング５８の底部に高周波電源３を構成する電子部品を配設し、ウレタン樹脂やフェノール樹脂等の絶縁樹脂５６にポッティングして埋設している。図の連結ユニット５７は、ケーシング５８の両端部を連結具４６を介して底板５０に連結して定位置に固定している。ただ、超音波振動子は、連結ユニットとすることなく底板に固定し、高周波電源を外部に配設することもできる。この構造は、超音波振動子を必ずしも水密構造で固定する必要はない。さらに、図に示す連結ユニット５７は、高周波電源３に電力を供給する電源コード７６をケーシング５８から引き出している。図示しないが、この電源コードが、電源に接続されて高周波電源に電力が供給される。
【００３９】
霧化室４は、供給機構７を介して内部に原液が供給される。霧化室４は、図１に示す原液の供給機構７に連結されており、この供給機構７でもって、区画室５の内部に原液を供給している。図に示す供給機構７は、溶液ポンプ１０と溶液タンク１１である。図に示す霧化室４は、一方の側面に原液の供給管４２を連結すると共に、他方の側面に原液の排出管４３を設けており、供給管４２から供給される原液を、霧化室４の内部を通過させて、排出管４３から外部に排出する構造としている。霧化室４に供給される原液は、図３に示すように、各々の区画室５の底部に満たされて、各区画室５に配置された超音波振動子２を浸漬させる。霧化室４は、全ての区画室５の内部に原液を供給するために、隣接する区画室５の境界となる隔壁８に連通開口９を開口して設けている。連通開口９は、図３に示すように、互いに隣接する区画室５の間に位置する隔壁８の下端部に開口して設けている。縦横に配設される複数の区画室５は、この連通開口９を介して、霧化室４に供給される原液を隣接する区画室５間で移動できるようにしている。図に示す連通開口９は、開口部の上端縁を区画室５に供給される原液の液面レベルよりも低くしている。ただ、連通開口は、開口部の上端縁を、液面レベルよりも高く開口することもできる。
【００４０】
さらに、図２に示す霧化室４は、図の鎖線で示すように、連通開口９を介して複数の区画室５を直列に連結している。この霧化室４は、原液の供給部である供給管４２から排出部である排出管４３に向かって一本の道筋ができるように、複数の区画室５を連通開口９で連結している。この構造は、供給管４２から供給される原液を、ひとつの道筋に沿って流動させて排出管４３から排出するので、供給される全ての原液を部分的に淀ませることなく流動させながら霧化できる特長がある。ただ、霧化室は、複数の区画室を必ずしも連通開口で直列に接続する必要はなく、複数の区画室を複数の流路で連結することもできる。
【００４１】
さらに、図に示す霧化室４は、超音波振動子２の上方に、超音波振動子２で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部１２を有する筒体６を設けている。筒体６は、区画室５の底部であって、超音波振動子２の上方に配設しており、超音波振動子２で超音波振動される溶液から効率よくミストを飛散させる。筒体６は、先端を細くする円錐筒状として、上端に開口部１２を開口している。さらに、図に示す筒体６は、内筒６ａの外側に外筒６ｂを配設して、内筒６ａと外筒６ｂとの間に搬送気体のダクト１５を設けている。ダクト１５は、下端をリングプレート５２で閉塞すると共に、筒体６の上端の開口部１２の周囲に供給開口１４を開口しており、ダクト１５に供給される搬送気体を供給開口１４から排出するようにしている。筒体６は、搬送気体を漏れないようにダクト１５に供給できる構造で霧化室４に連結している。図に示す筒体６は、ゴム状のパッキンである連結リング５１を介して霧化室４の底板５０に連結して固定している。図の筒体６は、リングプレート５２の下面から突出する連結ロッド４４を備え、この連結ロッド４４を、連結リング５１と底板５０とに貫通させて固定している。図に示す連結ロッド４４は、表面に雄ネジを設けており、連結リング５１の貫通部５１Ｂと、底板５０の連結孔５０Ｃとを貫通させると共に、先端部にナット４５をねじ込んで筒体６を底板５０に固定している。さらに、筒体６は、区画室５に供給される原液を、筒体６の下端の内側であって超音波振動子２の上方に位置する霧化領域５３に流入できるように、連結リング５１に流入部５１Ｘを設けている。
【００４２】
連結リング５１は、筒体６と底板５０とを密着状態に連結するゴム製のパッキンである。連結リング５１は、中心に中心孔５１Ａを開口すると共に、この中心孔５１Ａの両側に、円弧状の貫通部５１Ｂを設けている。この貫通部５１Ｂは、リングプレート５２の通気孔５２Ｂを底板５０の通気孔５０Ｂに連通すると共に、リングプレート５２に設けた連結ロッド４４を通過させる貫通孔に併用している。筒体６のリングプレート５２は、図４に示すように、下面から突出する連結ロッド４４の両側に、通気孔５２Ｂを開口している。したがって、連結リング５１の貫通部５１Ｂは、連結ロッド４４とその両側に位置する通気孔５２Ｂに対向する位置に開口している。ただ、連結リングは、連結ロッドを挿通する貫通部と通気孔に対向する貫通部とを別々に設けることもできる。さらに、連結リング５１は、区画室５に供給される原液を中心孔５１Ａの内側に流入させる流入部５１Ｘを設けている。図４に示す連結リング５１は、中心孔５１Ａの両側であって、貫通部５１Ｂの間に位置する下面に、中心孔５１Ａから外周面まで半径方向に延びる凹部を設けて原液の流入部５１Ｘとしている。凹部である流入部は、連結リングの上面に設けることもできる。さらに、連結リングは、半径方向に貫通する貫通孔を設けて流入部とすることもできる。
【００４３】
筒体６は、霧化領域５３に供給される原液に、超音波振動子２から開口部１２に向かって超音波振動を与えて、開口部１２からミストに霧化して飛散させる。図の超音波振動子２は、上方に超音波を放射する。したがって、筒体６は、超音波振動子２の上方に、垂直な姿勢で固定している。この筒体６は、超音波振動子２の振動を、連結リング５１の中心孔５１Ａとリングプレート５２の中心孔５２Ａとを通過させて、内筒６ａの内部に伝達し、霧化領域５３の原液に超音波振動を与えてミストに霧化する。この筒体６は、超音波振動子２で超音波振動される原液から効率よくミストを飛散させる。図の筒体６は、上端に向かって次第に細くなる円錐ホーンである。ただし、筒体は、内面の形状をエクスポーネンシャルカーブとするエクスポーネンシャルホーンとすることもできる。円錐ホーンやエクスポーネンシャルホーンの筒体６は、内部に効率よく超音波振動を伝達させて、溶液を能率よくミストに霧化できる特徴がある。ただ、本発明は、筒体を、円筒形状、楕円筒状、多角筒状とすることもできる。
【００４４】
筒体６は、内筒６ａの下端の内形を、超音波振動を効率よく内部に伝達できるように、超音波振動子２の外形より大きくして、超音波振動が内面に沿って上昇するようにしている。図３ないし図６に示すように、筒体６の下方に超音波振動子２を配設する構造は、内筒６ａの下端の内形を超音波振動子２の外形より大きくする。たとえば、内筒６ａの下端の内形は、超音波振動子２の外径の１００〜５００％、好ましくは１５０〜３００％とする。
【００４５】
筒体６の開口部１２の大きさは、筒体６に供給される溶液が液柱Ｐとして開口部１２から突出するときの液柱Ｐの太さ、すなわち液柱Ｐの断面積を特定する。断面積の大きい液柱は、表面積が広くなるので超音波振動によって気体中に効率よくミストに霧化できる。ただ、断面積が大きすぎると、液柱の表面から霧化するのに必要な超音波振動子のエネルギーが大きくなる。反対に、断面積を小さくすると、霧化するのに必要な超音波振動子のエネルギーを小さくできるが、液柱の表面積が小さくなるので超音波振動によってミストに霧化する効率が低下する。したがって、筒体６の開口部１２の大きさは、これらのことを考慮しながら、超音波振動子２の大きさ、出力、周波数等によって最適値に設計される。
【００４６】
筒体６の開口部１２で霧化されたミストは、搬送気体で移送されて区画室５から排出される。区画室５は、筒体６から排出されるミストに搬送気体を供給する供給開口１４を底部に設けている。図の筒体６は、内筒６ａと外筒６ｂとの間に搬送気体のダクト１５を設けており、このダクト１５の上端を、搬送気体を噴出する噴射口である供給開口１４としている。供給開口１４は、筒体６の上端の周囲に、スリット状に開口されている。スリット状の供給開口１４は、気体をリング状に排気する。リング状に排気される気体の内側に溶液が噴出されて、噴出される溶液の表面からミストが放出される。この構造の筒体６は、開口部から突出する液柱Ｐの表面に新鮮な気体を供給するので、液柱Ｐの表面から効率よくミストに霧化できる。ミストが溶液濃度の低い気体中に霧化されるからである。
【００４７】
さらに、図に示す霧化室４は、筒体６に設けたダクト１５に搬送気体を供給する気体供給路５４を設けている。気体供給路５４は、筒体６のダクト１５と、霧化室４の底板５０の下方に設けた気体供給室５５とを連通している。図に示す気体供給路５４は、ダクト１５の下端を閉塞するリングプレート５２に開口した通気孔５２Ｂと、連結リング５１に開口した貫通部５１Ｂと、霧化室４の底板５０に開口した通気孔５０Ｂとを連結して設けている。ゴム状のパッキンである連結リング５１は、筒体６のリングプレート５２と底板５０とを密着状態に連結して、気体供給室５５からダクト１５に搬送気体を漏れないように供給できるようにしている。気体供給室５５は、搬送気体の供給源に連結されて、搬送気体が供給される。気体供給室５５に供給される搬送気体は、図８の矢印で示すように、底板５０の通気孔５０Ｂから気体供給路５４を通過して、筒体６のダクト１５内に供給され、供給開口１４から排出される。図１に示す分離装置は、回収部４０の排出側を気体供給室５５に連結しており、回収部４０から排出される搬送気体を霧化室４に供給する構造としている。この構造は、搬送気体を循環させてミストを分離できる。ただ、分離装置は、搬送気体を循環させることなく、気体供給室に加圧気体源を連結して、筒体のダクトに強制送風することもできる。
【００４８】
以上の構造の筒体６は、開口部１２の周囲に設けた供給開口１４から搬送気体を排出するので、筒体６の開口部１２で霧化されるミストに搬送気体を供給して、効率よく区画室５の外部に排出できる特長がある。ただ、本発明の超音波分離装置は、必ずしも筒体の開口部の周囲に供給開口を設ける必要はない。供給開口は、たとえば、区画室の下部に開口して設けて、筒体の開口部から気体中に霧化されるミストに供給して、ミストを区画室から排出することもできる。
【００４９】
図９と図１０に示す超音波霧化機１は、複数の超音波ユニット６０と、これらの超音波ユニット６０を脱着できるように連結している基台９０とを備える。図に示す超音波霧化機１は、複数の超音波ユニット６０と基台９０とを密閉構造の霧化室４に配設している。この超音波分離装置は、複数の超音波ユニット６０を基台９０に連結し、基台９０から各々の超音波ユニット６０に原液を供給すると共に、供給される溶液を超音波ユニット６０でミストに霧化して霧化室４から排出し、排出されるミストを回収部４０で回収して溶液を回収する。
【００５０】
超音波ユニット６０は、図１１ないし図１３に示すように、内部を区画室５とすると共に、底部に原液が供給されるユニットケース６１と、このユニットケース６１に設けられて、原液を超音波振動させる超音波振動子２と、この超音波振動子２で超音波振動される原液を排出してミストに霧化させる開口部１２を有する筒体６とを備える。
【００５１】
ユニットケース６１は、底面を閉塞した筒状で、基台９０の所定の位置に脱着自在に装着している。図に示すユニットケース６１は、水平断面の形状を正方形とする角筒状としている。ただ、筒状のユニットケースは、断面形状を三角形や五角形以上の多角形状とすることも、円形や楕円形状とすることもできる。筒状のユニットケース６１は、底面を底板６２で閉塞している。底面を閉塞してなるユニットケース６１は、底面に超音波振動子２を固定すると共に、この超音波振動子２の上方に位置して、筒体６を配設している。
【００５２】
超音波振動子２は、ユニットケース６１の底面に固定される。底面に固定される超音波振動子２は、下面に設けている電極を高周波電源３に接続して、高周波電源３から供給される電力で超音波振動される。高周波電源３は、リード線２７を介して超音波振動子２に接続されて、超音波振動子２に高周波出力を出力する。図の超音波ユニット６０は、高周波電源３を構成する電子部品をユニットケース６１の底面に設けた収納室６４に収納し、この収納室６４の開口部に超音波振動子２を固定している。
【００５３】
ユニットケース６１は、底面である底板６２に上方開口の収納室６４を設けている。図の超音波ユニット６０は、ユニットケース６１の底板６２に収納ケース６３を連結し、この収納ケース６３の内部に凹部形状の収納室６４を設けている。収納ケース６３は、底を閉塞する筒形としている。図の超音波ユニット６０は、底板６２と収納ケース６３を一体構造としている。収納ケース６３は、収納室６４の底部に高周波電源３を構成する電子部品を配設し、ウレタン樹脂やフェノール樹脂等の絶縁樹脂５６にポッティングして埋設している。さらに、収納ケース６３は、超音波振動子２を開口部に固定するために、開口縁の内面に段差部６５を設けている。この段差部６５にパッキン２８を介して超音波振動子２を水密構造で配置している。ここに固定される超音波振動子２は、絶縁樹脂５６との間に隙間を設けている。超音波振動子２を絶縁樹脂に接触させないで振動させるためである。段差部６５の上方開口は、底板６２の上面に固定する固定部６６で閉塞している。固定部６６は、パッキン２８の内径に等しい開口部６７を有し、パッキン２８の上面に密着されて超音波振動子２を水密構造に段差部６５に固定する。固定部６６は、ネジ止めされて底板６２に固定される。以上のユニットケース６１は、収納室６４に高周波電源３を収納しているが、ユニットケースは、高周波電源を外部に配設することもできる。このユニットケースは、超音波振動子を必ずしも水密構造で固定する必要はない。
【００５４】
筒体６は、ユニットケース６１の底部であって、超音波振動子２の上方に配設しており、超音波振動子２で超音波振動される溶液から効率よくミストを飛散させる。筒体６は、先端を細くする円錐筒状として、上端に開口部１２を開口している。筒体６は、下端をユニットケース６１の底板６２に固定している。図の超音波ユニット６０は、筒体６の下端を底板６２で閉塞しており、ユニットケース６１に供給される溶液を、筒体６の内部に供給する構造としている。筒体６は、内部に原液を供給するために、筒体６の内部とユニットケース６１の外部とを連通する溶液供給管７０を連結している。図の溶液供給管７０は、ユニットケース６１の底板６２を貫通して配設している。溶液供給管７０は、一端を筒体６の内部に、他端をユニットケース６１の外部に配設している。溶液供給管７０は、図１と図２に示す溶液の供給機構７に連結されており、この供給機構７でもって、筒体６の内部に原液を供給している。これらの図に示す供給機構７は、溶液ポンプ１０と溶液タンク１１である。さらに、図３ないし図５に示す溶液供給管７０は、ユニットケース６１の外部に配設される端部を、脱着コネクタ７１を介して溶液の供給機構７に連結している。この連結構造は、簡単かつ速やかに、しかも脱着自在に溶液供給管７０を供給機構７に連結できる。
【００５５】
筒体６は、内部に供給される溶液に、超音波振動子２から開口部１２に向かって超音波振動を与えて、開口部１２からミストに霧化して飛散させる。この筒体６も、前述の筒体と同様に、超音波振動子で超音波振動される原液から効率よくミストを飛散できるように上端に向かって次第に細くなる円錐ホーンとしている。さらに、筒体６の下端の内形は、図１１ないし図１３に示すように、超音波振動子２の外形より大きくして超音波振動を効率よく内部に伝達できるようにしている。また、筒体６の開口部１２の大きさは、超音波振動子２の大きさ、出力、周波数等によって最適値に設計される。
【００５６】
筒体６の開口部１２で霧化されたミストは、搬送気体で移送されて区画室５であるユニットケース６１から排出される。ユニットケース６１は、筒体６から排出されるミストに搬送気体を供給する供給開口１４を設けている。図の筒体６は、開口部１２の周囲に搬送気体を噴出する噴射口である供給開口１４を開口して設けている。図の筒体６も、内筒６ａの外側に外筒６ｂを配設して、内筒６ａ外筒６ｂとの間に搬送気体のダクト１５を設けている。ダクト１５は、筒体６の上端の開口部１２の周囲に供給開口１４を開口しており、ダクト１５に供給される搬送気体を供給開口１４から排出するようにしている。供給開口１４は、筒体６上端の周囲に、スリット状に開口されている。スリット状の供給開口１４は、気体をリング状に排気する。リング状に排気される気体の内側に溶液が噴出されて、噴出される溶液の表面からミストが放出される。この構造の筒体６は、開口部から突出する液柱Ｐの表面に新鮮な気体を供給するので、液柱Ｐの表面から効率よくミストに霧化できる。ミストが溶液濃度の低い気体中に霧化されるからである。
【００５７】
さらに、図に示す超音波ユニット６０は、筒体６に設けたダクト１５に搬送気体を供給する気体供給管７２を設けている。図に示す気体供給管７２は、ユニットケース６１の底板６２を貫通して配設している。気体供給管７２は、一端を筒体６のダクト１５の内部に、他端をユニットケース６１の外部に配設している。気体供給管７０は、搬送気体の供給源に連結されて、搬送気体が供給される。図９と図１０に示す分離装置は、回収部４０の排出側を気体供給管７２に連結しており、回収部４０から排出される搬送気体をユニットケース６１に供給する構造としている。この構造は、搬送気体を循環させてミストを分離できる。ただ、分離装置は、搬送気体を循環させることなく、気体供給管に加圧気体源を連結して、筒体のダクトに強制送風することもできる。図１１ないし図１４に示す気体供給管７２は、ユニットケース６１の外部に配設される端部を、脱着コネクタ７３を介して搬送気体の供給源に連結している。この連結構造も、簡単かつ速やかに、気体供給管７２を供給源に連結できる。
【００５８】
以上の構造の筒体６は、開口部１２の周囲に設けた供給開口１４から搬送気体を排出するので、筒体６の開口部１２で霧化されるミストに搬送気体を供給して、効率よくユニットケース６１の外部に排出できる特長がある。ただ、本発明の超音波分離装置は、必ずしも筒体の開口部の周囲に供給開口を設ける必要はない。供給開口は、たとえば、ユニットケースの下方に設けて、筒体の開口部から気体中にミストに霧化される溶液を外部に排出することもできる。
【００５９】
さらに、ユニットケース６１は、筒体６の上端の開口部１２からオーバーフローして排出された溶液をユニットケース６１の外部に排出する構造としている。図のユニットケース６１は、筒体６の周囲に溜まった溶液を排出するために、ユニットケース６１の内部と外部を連通する溶液排出管７４を連結している。溶液排出管７４は、ユニットケース６１の底板６２を貫通して配設している。溶液排出管７４は、一端を筒体６の外側であってユニットケース６１の底部に、他端をユニットケース６１の外部に配設している。図３ないし図５に示す溶液排出管７４は、ユニットケース６１の外部に配設される端部を、脱着コネクタ７５を介して溶液の排出機構（図示せず）に連結している。
【００６０】
さらに、図に示す超音波ユニット６０は、高周波電源３に電力を供給する電源コード７６を収納ケース６５から引き出しており、この電源コード７６をユニットケース６１の外部において電源に接続するようにしている。図に示す基台９０は、電源コード７６を電源５９に接続するコンセント７７を設けている。この超音波ユニット６０は、電源コード７６の連結プラグ７８をコンセント７７に接続して電源５９に接続され、電源５９から電力が供給される。この構造は、高周波電源３を極めて簡単に電源５９に電気接続できる特長がある。
【００６１】
図１１に示す超音波ユニット６０は、ユニットケース６１の底板６２に超音波振動子２と筒体６とを固定している。この構造の超音波ユニット６０は、ユニットケース６１を交換して、超音波振動子２及び筒体６を交換できる。さらに、図１２と図１３に示す超音波ユニット６０は、超音波振動子２と筒体６とを一体的に連結してなる脱着ユニット８０として、脱着ユニット８０をユニットケース６１に脱着自在に連結している。この超音波ユニット６０は、ユニットケース６１を交換することなく脱着ユニット８０のみを交換して、超音波振動子２及び筒体６を交換できる。
【００６２】
脱着ユニット８０は、ユニットケース６１の底板６２に開口して設けている円形の連結開口部６８に脱着できるように連結される。底板６２は、連結開口部６８の内周面に、脱着ユニット８０の外周面に設けた雄ネジ８２をねじ込む雌ネジ６９を設けている。脱着ユニット８０は、ユニットケース２の底板６２となる円形状の連結プレート８１の外周を連結開口部６８に挿入できる外形として、連結プレート８１の外周面に雄ネジ８２を設けている。脱着ユニット８０は、連結プレート８１の雄ネジ８２を連結開口部６８の雌ネジ６９にねじ込んでユニットケース６１に連結される。連結開口部６８はユニットケース６１の内部に連通しているので、脱着ユニット８０はユニットケース６１の底板６２に液密な構造で連結する必要がある。このため、底板６２の連結開口部６８の内面と脱着ユニット８０の外周面との間にＯリング３０を挟着している。Ｏリング３０は、連結開口部６８と脱着ユニット８０との間を液密な状態で連結して、連結開口部６８を脱着ユニット８０の連結プレート８１で液密に閉塞する。
【００６３】
さらに、ユニットケースは、図１４に示す構造で底板６２に超音波振動子２を固定することもできる。この図のユニットケースは、超音波振動子２と高周波電源３を収納してなる収納ケース６５を連結ユニット５７として底板６２に脱着自在に連結している。図の収納ケース６５は、上方を開口する収納室６４に高周波電源３を構成する電子部品を収納して絶縁樹脂５６に埋設すると共に、開口縁部に超音波振動子２を配置している。この収納ケース６５は、底板６２の下端に、下方に開口して設けている連結凹部８３に脱着できるように連結している。連結凹部８３は、内面に雌ネジ８４を設けている。収納ケース６５は、連結凹部８３に挿入できる外形として、連結凹部８３の雌ネジ８４にねじ込む雄ネジ８５を上部の外周に設けている。この収納ケース６５は、雄ネジ８５を雌ネジ８４にねじ込んで、連結凹部８３に連結される。連結凹部８３は、底部を開口しており、この開口部６７から超音波振動子２を筒体６の内部に表出させている。連結凹部８３は、筒体６の内部に連通しているので、収納ケース６５と連結凹部８３は、水密な構造で連結する必要がある。このため、連結凹部８３の内面と収納ケース６５の外周との間にＯリング３０を挟着して、これらを水密構造で連結している。図の連結ユニット５７は、収納ケース６５に、超音波振動子２と高周波電源３を内蔵するので、連結ユニット５７のみを交換して、これらを簡単に交換できる特徴がある。
【００６４】
基台９０は、複数の超音波ユニット６０のユニットケース６１を脱着自在に装着できるように、上面に複数の装着凹部９１を形成している。装着凹部９１は、ユニットケース６１の下部を装着できる凹部で、この凹部にユニットケース６１の下部を嵌着させて、所定の位置に保持できるようにしている。図の基台９０は、ユニットケース６１の外周に沿う筒状の隔壁８９２を設けており、この隔壁８９２の内側に装着凹部９１を設けている。装着凹部９１は、内面に段差部９３を設けており、この段差部９３でユニットケース６１の底面を支持して所定の位置に連結できるようにしている。さらに、図に示す装着凹部９１は、ユニットケース６１を位置ずれすることなく連結できるように、隔壁９２の内面に弾性支持体９４を備えている。図の弾性支持体９４はゴム状弾性体からなるパッキンで、装着凹部９１の内面とユニットケース６１の外面とに密着してユニットケース６１を所定の位置に保持できるようにしている。ただ、弾性支持体は必ずしも必要ではない。
【００６５】
さらに、装着凹部９１は、段差部９３より下側に、超音波ユニット６０との連結部を配設するための収納室９５を設けている。この収納室９５には、超音波ユニット６０に溶液や搬送気体、電力を供給し、あるいは、溶液を排出するための配管や配線を配設している。装着凹部９１に装着される超音波ユニット６０は、収納室６５の内部において、溶液供給管７０を供給機構７に連結し、気体供給管７２を搬送気体の供給源に連結し、高周波電源３を電源に接続し、さらに、溶液排出管７４を排出機構に連結する。
【００６６】
さらに、図に示す基台９０は、装着凹部９１の周囲に貯水槽９６を設けて、この貯水槽９３に水を貯溜している。図の貯水槽９５は、ユニットケース６１の周囲に設けた隔壁９２を周壁としており、この隔壁８９２で区画される領域を貯水槽９６として水を貯溜している。この貯水槽９６は、装着凹部９１の隔壁９２の外側であって、隣接する装着凹部９１の隔壁９２との間に形成している。このように、超音波ユニット６０の周囲に水を貯溜して、言い換えると液中に超音波ユニット６０のユニットケース６１を配設する構造は、超音波ユニット６０から霧化されるアルコール等のミストが爆発を起こすのを有効に防止する、すなわち防爆の効果がある。したがって、貯水槽９６は、有効に防爆できるように、所定の面積および貯水量となるように設計して設けられる。
【００６７】
以上の構造の超音波分離装置は、霧化室４の内部において、複数の超音波ユニット６０を基台９０に連結して超音波霧化機１としている。複数の超音波ユニット６０は、基台９０に連結される状態で、供給機構７から筒体６の内部に溶液が供給されると共に、筒体６の内部の溶液に超音波振動子２から超音波振動が与えられて、筒体６の開口部１２からミストに霧化される。さらに、複数の超音波ユニット６０で霧化されたミストは、供給開口１４から供給される搬送気体でもって、ユニットケース６１の外部に排出される。
【００６８】
以上の実施例の超音波霧化機は、区画室に筒体を配設している。ただ、本発明は、必ずしも区画室に筒体を配置する必要はない。筒体のない超音波霧化装置は、区画室の底面に配設される超音波振動子で液面を超音波振動させて、原液をミストに霧化することができる。さらに、以上の実施例の超音波霧化機は、ひとつの区画室にひとつの超音波振動子を配置している。ただ、本発明は、ひとつの区画室に複数の超音波振動子を配置することもできる。
【００６９】
さらに、図１と図９に示す超音波霧化機１は、区画室５から排出されるミストを一次的に回収するデミスタ９７を備える。図１の超音波霧化機１は、霧化室４を区画する隔壁８の上端に、図９の超音波霧化機１は、各超音波ユニット６０のユニットケース６１の上端にそれぞれデミスタ９７を連結しており、区画室５から排出される搬送気体に含まれるミストをデミスタ９７で回収している。これらの超音波霧化機１は、デミスタ９７で一次的にミストが回収された搬送気体を霧化室４から排出する。
【００７０】
図１０に示す超音波霧化機１は、区画室５である各ユニットケース６１の上端を開口しており、これらの開口部からミストを含む搬送気体を排出している。各区画室５から排出される搬送気体は、集合されて霧化室４から排出される。図に示す超音波霧化機１は、各ユニットケース６１の上端開口部の周囲を閉塞蓋９８で閉塞しており、霧化されたミストの搬送路を貯水槽９６から分離している。
【００７１】
複数の区画室５で霧化されて霧化室４から排出されるミストは、搬送気体を介して回収部４０に流入される。ミストを回収部４０に流入させるために、図１、図９及び図１０に示す超音波分離装置は、回収部４０を循環ダクト４１で超音波霧化機１に連結している。図の超音波分離装置は、搬送気体をブロア４８で回収部４０と超音波霧化機１とに循環させる構造としている。これらの超音波分離装置は、超音波霧化機１から回収部４０に移送されて、ミスト成分が分離された搬送気体を超音波霧化機１に環流している。この超音波分離装置は、好ましくは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性なガス、又は水素を搬送気体とすることができる。この超音波分離装置は、不活性ガスによって、超音波霧化機１や回収部４０における溶液の変質が防止される。このため、より高品質な状態で高濃度の溶液を得ることができる。ただし、搬送気体には空気も使用できる。
また、搬送気体をヘリウム、又は水素とすることで霧化効率を高くできる。それは、ヘリウムと水素の飽和蒸気圧が空気に比較して極めて大きいからである。飽和蒸気圧の高いヘリウムや水素は、単位体積に多量の目的物質を含むことができるので、溶液をミストに霧化しやすい。このため、搬送気体をヘリウムや水素とする装置は、搬送気体を空気とする装置に比較して、超音波振動子の出力を同じとして、霧化量を数倍にできる特徴がある。
ちなみに、搬送気体を空気としてアルコール溶液を霧化する状態に比較して、搬送気体をヘリウムとして霧化量を空気の約２．５倍に増加でき、さらに搬送気体を水素として霧化量を空気の約４．４倍に増加できる。
【００７２】
以上の構造の超音波霧化機で霧化されたミストは、搬送気体で回収部に搬送されて、回収部で搬送気体から分離されて回収される。回収部４０は、微細なミストを凝集させて、原液よりも高濃度の溶液として回収する。したがって、この回収部には、微細なミストを凝集させて回収できるすべての構造であって、現在すでに開発され、あるいは今後開発されるすべての構造が使用できる。ミストは、気体ではないので、必ずしも冷却しないで凝集させて回収できる。ただ、ミストを冷却して速やかに回収できる。回収部は、たとえば、ミストを冷却して凝集させる冷却用熱交換器を内蔵して、回収部に流入されるミストを冷却しながら大きく凝集させて溶液として回収することができる。
【００７３】
さらに、回収部は、図示しないが、気体に含まれる目的物質であるアルコール等の蒸気を吸着剤に吸着させて回収することもできる。この回収部は、たとえば、加熱された回収気体で吸着剤に吸着されたアルコールを排出し、回収気体を冷却して排出されたアルコールを結露させて回収することができる。この回収部は、たとえば、空隙に吸着剤を設けているローターと、このローターを回転させる回転駆動機構とで構成することができる。ローターは、回転軸の方向に気体を通過できる空隙を有するハニカムローターである。吸着剤には、たとえば、ゼオライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物が使用できる。この回収部は、回転駆動機構でローターを所定の速度で回転させて、蒸気を吸着させる吸着領域と、吸着した蒸気を排出する再生領域とに移動させる。ローターが吸着領域に移動されると、目的物質であるアルコールの蒸気を含む気体が空隙に通過されて、気体に含まれる目的物質のアルコールが吸着剤に吸着される。ローターが回転して再生領域に移動されると、吸着した目的物質のアルコールを排出する。排出された目的物質のアルコールは、回収気体を冷却して回収される。ローターの吸着領域を通過した気体は、再び霧化室に移動される。
さらに、霧化されたミストの搬送気体をヘリウム又は水素とする装置は、搬送気体を空気とする装置に比較して、吸着剤で目的物質を効率よく吸着できる特徴がある。それは、ヘリウムの分子量が空気の分子量の１／７、水素の分子量が空気の約１／１５と極めて小さいことから、大きさも空気に比べて相当に小さいからである。吸着剤は、特定の大きさの目的物質を吸着して搬送気体から分離するように設計されるが、この吸着剤は、極めて小さいヘリウムや水素を目的物質と一緒に吸着することがなく、目的物質のみを効率よく吸着して搬送気体から分離する。
【００７４】
さらに、回収部は、閉鎖チャンバーに、溶液を散水するノズルを設けて、このノズルから溶液を噴霧して、搬送気体に含まれるミストを回収することもできる。さらに、回収部は、内部に複数枚の邪魔板を配設して、この邪魔板の表面にミストを衝突させて付着する溶液を自然に流下させて回収することもできる。この邪魔板は、表面を凹凸面として、ミストをより効率よく接触させて回収することができる。さらにまた、回収部は、ミストを強制送風して撹拌するファンを設けて、回収部のミストを撹拌して互いに衝突させて凝集させることもできる。凝集するミストは、速やかに落下させて回収することができる。
【００７５】
さらにまた、回収部は、ミストを振動して互いに衝突する確率を高くするミスト振動器を設けることもできる。ミスト振動器は、回収部の気体を振動させる電気振動−機械振動変換器と、この電気振動−機械振動変換器を駆動する振動電源とを備え、電気振動−機械振動変換器から可聴周波数の音や、可聴周波数よりも高い超音波を放射して、ミストを激しく振動させて効率よく衝突させて、速やかに回収することもできる。
【００７６】
さらにまた、超音波分離装置は、回収部に、溶液を噴霧するノズルと、ミストを撹拌するファンと、ミストを振動させる振動器の全てを内蔵させて、最も効率よくミストを凝集できる。また、ミストを凝集させるふたつの装置を内蔵して、ミストを効率よく凝集させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例にかかる超音波分離装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す超音波霧化機の霧化室の水平断面図である。
【図３】図２に示す霧化室のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】筒体を底板区に連結する構造を示す分解斜視図である。
【図５】図１に示す超音波霧化機の区画室の底面図である。
【図６】筒体と底板の連結構造を示す断面図であって、図５のＡ−Ａ線断面に相当する図である。
【図７】筒体と底板の連結構造を示す断面図であって、図５のＢ−Ｂ線断面に相当する図である。
【図８】筒体と底板の連結構造を示す断面図であって、図５のＣ−Ｃ線断面に相当する図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置の概略構成図である。
【図１１】超音波ユニットの一例を示す断面図である。
【図１２】超音波ユニットの他の一例を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す超音波ユニットの断面斜視図である。
【図１４】超音波振動子の連結構造の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…超音波霧化機
２…超音波振動子
３…高周波電源
４…霧化室
５…区画室
６…筒体                ６ａ…内筒
６ｂ…外筒
７…供給機構
８…隔壁
９…連通開口
１０…溶液ポンプ
１１…溶液タンク
１２…開口部
１４…供給開口
１５…ダクト
２７…リード線
２８…パッキン
３０…Ｏリング
４０…回収部
４１…循環ダクト
４２…供給管
４３…排出管
４４…連結ロッド
４５…ナット
４６…連結具
４８…ブロア
５０…底板              ５０Ａ…貫通孔
５０Ｂ…通気孔
５０Ｃ…連結孔
５１…連結リング        ５１Ａ…中心孔
５１Ｂ…貫通部
５１Ｘ…流入部
５２…リングプレート    ５２Ａ…中心孔
５２Ｂ…通気孔
５３…霧化領域
５４…気体供給路
５５…気体供給室
５６…絶縁樹脂
５７…連結ユニット
５８…ケーシング
５９…電源
６０…超音波ユニット
６１…ユニットケース
６２…底板
６３…収納ケース
６４…収納室
６５…段差部
６６…固定部
６７…開口部
６８…連結開口部
６９…雌ネジ
７０…溶液供給管
７１…脱着コネクタ
７２…気体供給管
７３…脱着コネクタ
７４…溶液排出管
７５…脱着コネクタ
７６…電源コード
７７…コンセント
７８…連結プラグ
８０…脱着ユニット
８１…連結プレート
８２…雄ネジ
８３…連結凹部
８４…雌ネジ
８５…雄ネジ
９０…基台
９１…装着凹部
９２…隔壁
９３…段差部
９４…弾性支持体
９５…収納室
９６…貯水槽
９７…デミスタ
９８…閉塞蓋
Ｐ…液柱
【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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【図１３】
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【図１４】
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