(57)【要約】【課題】  固液密度差が無くても固液分離可能とする。【解決手段】  固液分離装置１は、原液２を流通させる流路４に、静止定在音波発生手段５と、移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂを上流側から順に設け、その下流側に濃縮粒子取出口７を設けた構成とする。固液分離処理を行う場合は、原液２を流路４に上流側から供給する。原液２中の粒子３は、静止定在音波発生手段５で発生させる静止定在音波１１の節１２に捕捉し、凝集させて粒径が増大した粒子群３ａとさせる。その後、粒子群３ａは、移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂで発生させる移動定在音波１５の節１６の一方の流路壁８ａ側から他方の流路壁８ｂ側への周期的な変位に伴って、他方の流路壁８ｂ側へ移動させて濃縮し、この他方の流路壁８ｂ寄りに濃縮された粒子群３ａを、一部の液体と一緒に濃縮粒子取出口７より取り出して、流路４の下流部へ導かれる清澄液１７と分離させる。【選択図】図１
2014151260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を分散させてなる原液を流通させる流路を備え、
上記流路に、超音波発生用素子より該流路内に節の位置が静止した静止定在音波を発生させる静止定在音波発生手段と、別の超音波発生用素子より該流路内に対向する一側の流路壁側から他側の流路壁側へ節の位置を周期的に変位させる移動定在音波を発生させる移動定在音波発生手段を、上流側から順に設け、
更に、上記流路における上記移動定在音波発生手段よりも下流側位置に、上記移動定在音波で上記他側の流路壁寄りに濃縮される粒子を取り出すための濃縮粒子取出口を備えてなる構成
を有することを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
移動定在音波発生手段は、該移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の腹の位置が、静止定在音波発生手段で発生させる静止定在音波の節と揃わないように、該移動定在音波の周波数を設定してあるものとした請求項１記載の固液分離装置。
【請求項３】
粒子を分散させてなる原液を、流路に流通させるときに、該流路内の原液に、節の位置が静止した静止定在音波を作用させて、上記原液中の粒子を該静止定在音波の節に捕捉して凝集させ、
次に、上記静止定在音波の節で捕捉され凝集された粒子に、節の位置を互いに対向する一側の流路壁側から他側の流路壁側へ周期的に変位させる移動定在音波を作用させて、該粒子を、上記移動定在音波の節の変位に伴って上記流路の他側の流路壁寄りに濃縮させ、
次いで、上記移動定在音波で濃縮された粒子を取り出すようにする
ことを特徴とする固液分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に含まれている固体粒子を分離するための固液分離方法及び装置に関するもので、特に、液体との密度差がないか又は小さい固体粒子の分離に有効な固液分離方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水の淡水化処理やシェールガス随伴水の脱塩処理を行う手法として、逆浸透膜法や正浸透膜法がある。かかる逆浸透膜法や正浸透膜法を実施する場合は、膜処理の実施前に、前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子を分離して除去することが求められる。更に、上記海水の淡水化処理の場合は、水中に含まれている藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子についても、前処理で分離して除去することが望まれる。
【０００３】
又、藻類、細胞やその他の微生物を培養して、医薬品、燃料やその他の有用物質を生産する場合は、上記有用物質の回収処理を開始する際、培養された微生物や細胞等を、水中（培養液中）より分離する前処理が必要とされる。
【０００４】
更には、湖沼の浄化を目的として、水から藻類等の微生物を分離することも行われている。
【０００５】
固液分離を実施する場合は、分離対象となる固体粒子と、該固体粒子の分散媒となっている液体との密度差を利用した固液分離手法が広く一般的に行われている。すなわち、固体粒子の密度が液体の密度よりも大きい場合は、沈降分離が行われる。一方、固体粒子の密度が液体の密度よりも小さい場合は浮上分離が行われている。又、上記固体粒子と液体との密度差が比較的小さい場合は、上記と同様の固液密度差に基づく固体粒子の沈降や浮上を、遠心力を利用して促進させるようにした遠心分離が広く行われている。
【０００６】
しかし、上記砂、粘土、コロイド、藻類、細胞やその他の微生物及びその死骸や代謝物は、粒径が小さく、更には、水との密度差がないか又は該密度差が微小な粒子となっている場合があり、このような固体粒子は、上記した沈降分離や遠心分離や浮上分離のような従来の一般的な固液分離手法では、液体からの分離を行うことは困難である。
【０００７】
ところで、超音波を用いて液体中の微粒子を濃縮するようにした微粒子連続濃縮装置が、従来提案されている。これは、微粒子を含む流体を流す管の両側壁に、上記管の中に定在波を発生させるための超音波振動子を設けた構成として、上記管内の流体中の微粒子を、上記各超音波振動子より発生する超音波の定在波の節や腹の位置に濃縮させる。更に、上記管内における該微粒子の濃縮が行われる個所の下流側には、吸引用の細管を配置して、上記濃縮された微粒子を含む流体を選択的に吸引するようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
又、超音波を用いた非接触マニピュレーション方法が従来提案されている。これは、水槽内に平行に設けた超音波振動子と反射板との間に、超音波振動子より放射する超音波による定在波を発生させて、その節に微小物体（粒子）を捕捉させる。その後、上記節に捕捉されている微小物体は、上記超音波の周波数を変化させることで、上記超音波振動子と反射板との間の音波の伝播方向に移動させるようにしてある（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
しかし、上記非接触マニピュレーション方法は、粒子を含んだ液体を対象とする連続的な固液分離処理への適用は困難である。
【００１０】
更に、音響放射力と静電気力を利用する浮遊粒子の連続分離方法が従来提案されている。これは、流路を流れる浮遊粒子のうちの小径粒子を静電気力により流路の一方の側壁に導き、更に、トランスデューサと反射板との間で、音響放射力を働かせるための超音波の定在波を、周波数の走査によって節の位置を移動させるように発生させることで、上記浮遊粒子のうちの大径粒子を、上記流路の他方の側壁に導くようにしてある（たとえば、特許文献３参照）。
【００１１】
しかし、上記浮遊粒子の連続分離方法は、液体中の浮遊微粒子を粒径に応じて仕分けるためのものであって、固液分離を行うものではなく、又、該方法の実施には、音響放射力と静電気力の併用が必須になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１２２４８０号公報
【特許文献２】特開平１１−１０４９７９号公報
【特許文献３】特開２００７−２２９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、上記特許文献１に示された微粒子連続濃縮装置は、管内の流体中の粒子を、該管の長手方向の１個所で発生させる定在波のみで濃縮させるようにしてある。更に、上記定在波で濃縮された粒子は、該定在波発生個所の下流側に配置した１つの細管を用いて選択的に吸引させるようにしてあるため、上記管内で発生させる定在波は、上記流体中の粒子を捕捉するための節又は腹が１つのみの定在波とする必要がある。
【００１４】
そのため、上記管の断面積が大きい場合は、該管における流路断面の外周寄り位置から、上記定在波の粒子捕捉用の１つの節又は腹までの距離が大きくなるため、上記流路断面の外周寄り位置を通って上記定在波の発生個所に向かう粒子を、上記定在波の節又は腹まで移動させて捕捉することが難しい。
【００１５】
しかも、上記定在波の発生個所は、管の長手方向の１個所のみであるため、上記定在波の節又は腹で捕捉し切れずに該定在波発生個所を一旦通過した粒子については、その後、捕捉して分離する手段が全くない。よって、上記特許文献１に示されたものでは、管内の流体の流速を高めることも難しい。
【００１６】
したがって、上記特許文献１に示された手法は、多量の流体を対象とする連続的な固液分離処理を効率よく実施することは難しいものであり、前述したような逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド、藻類やその他の微生物及びその死骸や代謝物のような固体粒子を液体から分離させるための固液分離処理や、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離するための固液分離処理への適用は難しい。
【００１７】
そこで、本発明は、上記した従来の問題点を解消できるようにすると共に、固体粒子の分散媒となる液体との密度差がないか又は微小な固体粒子についても、固液分離を効率よく実施することができ、更に、連続処理に有効な固液分離方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、粒子を分散させてなる原液を流通させる流路を備え、上記流路に、超音波発生用素子より該流路内に節の位置が静止した静止定在音波を発生させる静止定在音波発生手段と、別の超音波発生用素子より該流路内に対向する一側の流路壁側から他側の流路壁側へ節の位置を周期的に変位させる移動定在音波を発生させる移動定在音波発生手段を、上流側から順に設け、更に、上記流路における上記移動定在音波発生手段よりも下流側位置に、上記移動定在音波で上記他側の流路壁寄りに濃縮される粒子を取り出すための濃縮粒子取出口を備えてなる構成を有する固液分離装置とする。
【００１９】
更に、請求項２に対応して、上記請求項１の構成において、移動定在音波発生手段は、該移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の腹の位置が、静止定在音波発生手段で発生させる静止定在音波の節と揃わないように、該移動定在音波の周波数を設定してあるものとした構成とする。
【００２０】
又、請求項３に対応して、粒子を分散させてなる原液を、流路に流通させるときに、該流路内の原液に、節の位置が静止した静止定在音波を作用させて、上記原液中の粒子を該静止定在音波の節に捕捉して凝集させ、次に、上記静止定在音波の節で捕捉され凝集された粒子に、節の位置を互いに対向する一側の流路壁側から他側の流路壁側へ周期的に変位させる移動定在音波を作用させて、該粒子を、上記移動定在音波の節の変位に伴って上記流路の他側の流路壁寄りに濃縮させ、次いで、上記移動定在音波で濃縮された粒子を取り出すようにする固液分離方法とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の固液分離方法及び装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）原液中に含まれる粒子は、連続的に固液分離処理することができ、固液分離処理の際には、固液密度差は必要ないため、粒子の分散媒となる液体との密度差がないか又は密度差が微小な粒子についても、固液分離を効率よく実施できる。これにより、上記固液分離処理は、逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子、更には、藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子を分離して除去する処理、あるいは、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離する処理に適したものとすることができる。
（２）静止定在音波及び移動定在音波は、上記粒子を複数の節で捕捉させるものを用いることができる。更に、流路では、上流側から、静止定在音波の発生個所と、移動定在音波の発生個所が多段に設けてあるため、たとえ上記静止定在音波の節で捕捉し切れない粒子があるとしても、該粒子を、移動定在音波の節に捕捉して、濃縮して分離を図ることができる。このため流路における原液の流速を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の固液分離方法及び装置の実施の一形態を示す切断概略側面図である。
【図２】図１の固液分離装置の移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の周波数の時間変化の一例を示す図である。
【図３】図１の固液分離装置の移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の波形の概要を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ図２のステップ１、２、３、４の時点での波形を、（ｅ）は図２のステップ４の後のステップ１で移動定在音波の周波数を初期周波数に復帰させた時点での波形をそれぞれ示す図である。
【図４】本発明の実施の他の形態を示す切断概略側面図である。
【図５】図４の固液分離装置の移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の周波数の時間変化の一例を示す図である。
【図６】図４の固液分離装置の移動定在音波発生手段で発生させる移動定在音波の波形の概要を示すもので、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ図５のステップ１、２、３、４の時点での波形を、（ｅ）は図５のステップ４の後のステップ１で移動定在音波の周波数を初期周波数に復帰させた時点での波形をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１乃至図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は本発明の固液分離方法及び装置の実施の一形態を示すものである。
【００２５】
すなわち、本発明の固液分離装置は、図１に符号１で示すもので、粒子３がその分散媒となる液体に分散状態で含まれた原液２を流すための流路４を備える。
【００２６】
上記流路４の途中位置には、静止定在音波発生手段５と、移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂとを、上流側より順に設ける。
【００２７】
更に、上記流路４にて最も下流寄りに設置された移動定在音波発生手段６Ｂの下流側位置には、濃縮された粒子３を取り出すための濃縮粒子取出口７を備えた構成とする。
【００２８】
詳述すると、上記流路４は、少なくとも互いに対向する一対の流路壁８ａ，８ｂを備えるように、たとえば、断面形状が矩形状となるようにしてある。
【００２９】
上記静止定在音波発生手段５は、圧電素子（ピエゾ素子）のような超音波発生用素子９と、該超音波発生用素子９に接続した制御装置１０を備えた構成としてある。
【００３０】
上記超音波発生用素子９は、上記流路４の対向する一対の流路壁８ａ，８ｂのうちの一方の流路壁８ａの外面に取り付けられている。
【００３１】
なお、上記超音波発生用素子９は、逆圧電現象を生じて、上記流路４内に後述する所望の波長の超音波を発振することができるものであれば、セラミック系、水晶系、樹脂系、樹脂とセラミックのコンポジット系等、圧電素子として既知のいかなる種類の素子を用いるようにしてもよい。
【００３２】
上記制御装置１０は、上記超音波発生用素子９に電圧をかけて逆圧電現象に基づく超音波振動を生じさせると共に、該超音波振動の周波数を制御するようにしてあり、これにより、上記超音波発生用素子９より上記流路４内の原液２中に、上記一方と他方の流路壁８ａと８ｂの間の距離（以下、管径と云う）ｄを、自然数、好ましくは２以上の自然数で割った寸法が、半波長（波長λsの１／２）に一致する超音波を放射させることができるようにしてある。
【００３３】
以上の構成としてある静止定在音波発生手段５では、上記制御装置１０により発振させる超音波発生用素子９より、上記所定波長の超音波を、上記一方の流路壁８ａを通して流路４を流れる原液２中に放射させると、該超音波は、上記他方の流路壁８ｂが反射壁として機能することで、同振幅、同波長で反射されるようになる。
【００３４】
これにより、上記流路４における該静止定在音波発生手段５の設置個所では、上記超音波発生用素子９より放射された超音波（入射波）と、その反射波の合成により、図１に概要を示すように、上記流路４内の原液２中に、節１２の位置が静止する静止定在音波１１が生じるようにしてある。この際、該静止定在音波１１では、上記流路４内に形成される上記節１２の数ｎsは、上記管径ｄの２倍を、上記超音波の波長λsで割った値（ｎs＝２ｄ／λs）となる。
【００３５】
ただし、上記静止定在音波１１の上記流路４内に形成させる節１２の数ｎsは、１よりも大（ｎs＞１）となるように設定することが望ましい。これは、上記静止定在音波１１の節１２の数が１つ（ｎs＝１）の場合は、流路４内を流れる原液２中に含まれる粒子３を、該静止定在音波１１の１つの節１２に補足できれば、粒子３を１個所に凝集させることは可能になるが、前述したように、流路４内で上記１つの節１２まで粒子３を移動させるための移動距離が長くなる場合は、粒子３の捕捉漏れが生じる虞があるためである。一方、上記静止定在音波１１の流路４内に形成させる節１２の数ｎsを１よりも大とすれば、複数の節１２が流路４内に分散されて配置されるため、粒子３をより捕捉し易くなり、多量の原液２を対象とする連続的な固液分離処理を効率よく実施する場合に有利になる。
【００３６】
図１では、一例として、上記超音波発生用素子９より放射させる超音波の波長λsが、上記管径ｄに一致する設定として、上記流路４における静止定在音波発生手段５の設置個所に、節１２の数ｎsが２の静止定在音波１１を発生させるようにした状態が示してある。
【００３７】
したがって、上記静止定在音波発生手段５では、図１に示すように、流路４の上流側から連続的に供給される上記原液２が、上記静止定在音波１１の発生個所に達すると、該原液２中に含まれる粒子３に対し音響放射力を作用させて、該粒子３を、該静止定在音波１１の各節１２に捕捉して密集させることができるようにしてある。
【００３８】
更に、上記静止定在音波１１では、各節１２の位置で、上記のようにして該各節１２に捕捉された粒子３同士が密集させられるため、粒子３同士の凝集を促進させて、該粒子３同士の凝集により粒径が増加した粒子群３ａが形成されるようにしてある。
【００３９】
上記のようにして原液２中の粒子３を上記静止定在音波１１の節１２に捕捉させる場合、該粒子３をその分散媒となっている液体より分離させるために必要な流路４の長さは、以下のように表される音響放射力Ｆacと、流速に応じて適宜定めるようにすればよい。
【数１】
2014151260.tif 000003
【００４０】
上記において、φ＞０のときは、粒子３は上記静止定在音波１１の節１２へ移動し、φ＜０のときは、粒子３は腹へ移動するようになる。ここで、φ＞０となる場合は、たとえば、固液密度差がない場合には、γw＞γcとなる。γは、圧縮率［ｍ２／Ｎ］（正確には、弾性コンプライアンス定数（＝弾性率の逆数））である。一般的に、上記圧縮率は、固体よりも液体のほうが大きいので、φ＞０となる。そのため、以降の説明及び図では、φ＞０の場合を考えるものとする。
【００４１】
上記静止定在音波１１は、上記所定の設定条件の範囲内で上記波長λsを長波長側に設定して、上記流路４内に形成させる節１２の数ｎsが少なくなるようにすると、１つの節１２に、より多くの粒子３が捕捉されるようになるため、該粒子３の凝集率を高めることができる。
【００４２】
ただし、上記のように静止定在音波１１の節１２の数ｎsを少なく設定する場合には、上記流路４を流れる原液２が、該流路４における上記静止定在音波１１を発生させた領域（以下、音波領域と云う）を通過するのに要する時間を長く設定する必要がある。すなわち、節１２の数ｎsが少ないということは、節１２間の距離が長くなることである。又、波長が長いということは、音響放射力が小さくなることに繋がる。したがって、この場合は、粒子３の節１２への移動速度は小さくなるのに、節１２までの移動距離が長くなるため、原液２中の粒子３が節１２まで移動するのに要する時間が長くなる。そのため、原液２中の粒子３が、上記静止定在音波１１による音響放射力が働く領域（すなわち、上記音波領域）を通過する時間が短いと、粒子３は節１２へ移動する前に該静止定在音波１１の音響放射力が働く範囲の外へ流れてしまい、節１２へ凝集させることができなくなる。そこで、上記静止定在音波１１の節１２の数ｎsを少なく設定する場合は、上記粒子３が上記音波領域を通過する時間が、上記節１２の数ｎsを多く設定する場合に比して長くなるようにする必要がある。この場合の具体的な構成としては、上記静止定在音波１１の音波領域を、流路４の上下流方向に長く設定するか、あるいは、原液２の流速を遅くするようにして、粒子３が節１２へ移動するための時間を確保させるようにすればよい。なお、上記２つの構成のうちでは、多量の原液２を対象とする連続的な固液分離処理を効率よく実施するという観点から考えると、上記静止定在音波１１の音波領域を、流路４の上下流方向に長く設定する構成の方がより望ましい。
【００４３】
一方、上記静止定在音波１１では、上記超音波の周波数ｆsを高周波数側に設定すると、該周波数ｆsに波数ｋが比例することで、音響放射力が大きくなるため、原液２中の粒子３を、節１２へ速く凝集させることができる。又、上記超音波の周波数ｆsが高周波数側に設定されると、流路４内には、上記静止定在音波１１の節１２が数多く形成されるようになる。このことによっても、原液２中の粒子３を、短い移動距離で該静止定在音波１１の節１２に速やかに凝集させることができるようになる。
【００４４】
上記移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂは、上記流路４における上記静止定在音波発生手段５の設置個所の下流側位置に、単数又は上下流方向に複数配列させて設ける。図１では、２つの移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂを上下流方向に配列させて設けた例が示してある。
【００４５】
上記各移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂは、それぞれ圧電素子（ピエゾ素子）のような超音波発生用素子１３Ａ，１３Ｂと、該超音波発生用素子１３Ａ，１３Ｂに接続した制御装置１４Ａ，１４Ｂを備えた構成としてある。
【００４６】
上記各超音波発生用素子１３Ａと１３Ｂは、上記静止定在音波発生手段５の超音波発生用素子９と同様に、上記流路４の一方の流路壁８ａの外面に取り付けられている。
【００４７】
上記各超音波発生用素子１３Ａと１３Ｂは、逆圧電現象を生じて、上記流路４内に後述する所望の周波数の超音波を発振することができるものであれば、セラミック系、水晶系、樹脂系、樹脂とセラミックのコンポジット系等、圧電素子として既知のいかなる種類の素子を用いるようにしてもよい。
【００４８】
上記各制御装置１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ対応する超音波発生用素子１３Ａ，１３Ｂに電圧をかけて逆圧電現象に基づく超音波振動を生じさせると共に、それぞれの超音波振動の周波数を個別に制御するようにしてあり、これにより、上記各超音波発生用素子１３Ａ，１３Ｂより上記流路４内の原液２中に、後述するように周波数を周期的に変化させる超音波を放射させることができるようにしてある。これにより、上記流路４における該各移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂの設置個所では、上記超音波発生用素子１３Ａと１３Ｂより放射された超音波（入射波）と、他方の流路壁８ｂが反射壁となることで生じる反射波との合成により、節１６の位置を、たとえば、図１に白抜き矢印で示すように、上記一方の流路壁８ａ側から他方の流路壁８ｂ側へ周期的に移動させる形式の移動定在音波１５を、個別に生成（発生）させることができるようにしてある。
【００４９】
ここで、上記各移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂでそれぞれ発生させる上記移動定在音波１５について具体的に説明する。
【００５０】
上記移動定在音波１５は、上記したように、節１６の位置を、一方の流路壁８ａ側から他方の流路壁８ｂ側へ周期的に移動させるために、図２に概要を示すように、ステップ１における初期周波数ｆ1から、時間刻みΔｔのステップ毎に周波数刻み幅Δｆずつ周波数を増加させて、１サイクルの最後のステップiMaxで最高周波数となる最終周波数ｆiMaxまで変化させる周波数変化サイクルを繰り返すようにしてある。
【００５１】
以下、詳述する。
上記移動定在音波１５において、他方の流路壁８ｂの位置を原点として、ｍ番目の節１６の原点からの距離Ｌ（ｍ）は、
Ｌ（ｍ）＝（２ｍ−１）・（λ／４）  （ただし、ｍ≧１）    ・・・（１）
で表される。又、上記原点からｍ番目（他方の流路壁８ｂの位置の腹も含む）の腹までの距離ｌ（ｍ）は、
ｌ（ｍ）＝（ｍ−１）・（λ／２）    （ただし、ｍ≧１）    ・・・（２）
で表される。
【００５２】
ここで、ステップ数をｉで示して（ｉ＝１，２，・・・，iMax）、或るステップで形成されている上記移動定在音波１５の節１６に捕捉されている粒子群３ａを、上記周波数刻み幅Δｆで周波数を増加させる次のステップで形成される移動定在音波１５の節１６に対して、分散させることなく他方の流路壁８ｂ寄りに移動させるための条件は、以下の３つの条件となる。なお、以降の説明において、節１６及び腹の番号ｍは上記原点から数えた順番を示すものとする。又、節１６及び腹の番号ｍ、節１６の数ｎ、周波数ｆに付した添え字は、各々が添え字で示されたステップ数のときの移動定在音波１５に関するものであることを示す。更に、添え字で（ｉ−１）が使用されている式は、すべて、ｉ≧２の条件が付されているものとする。
【００５３】
ステップｉにおける移動定在音波１５のｍi番目の節１６は、１つ前のステップ（ｉ−１）における移動定在音波１５のｍi-1番目の節１６に最も近い節１６とする。
【００５４】
第１の条件は、上記移動定在音波１５において、周波数変化後のステップｉのときにｍi番目の節１６の原点から距離が、周波数変化前のステップ（ｉ−１）のときのｍi-1番目の節１６の原点からの距離よりも小となることである（ただし、ｉ≧２）。この第１の条件は、以下の式で表される。
Ｌ（ｍi）＜Ｌ（ｍi-1）    ・・・（３）
【００５５】
第２の条件は、上記移動定在音波１５において、上記ステップｉでの（ｍi＋１）番目の腹の原点からの距離が、上記ステップ（ｉ−１）のときのｍi-1番目の節１６の原点からの距離よりも大となることである（ただし、ｉ≧２）。この第２の条件は、以下の式で表される。
ｌ（（ｍi＋１））＞Ｌ（ｍi-1）    ・・・（４）
【００５６】
第３の条件は、上記移動定在音波１５の節１６の数ｎi-1（ただし、ｉ≧２）が、２以上に設定されていることである。これは、該移動定在音波１５において、後述するように、複数の節１６で捕捉される粒子群３ａを、より少ない数の節１６に移動させることで該粒子群３ａの濃縮（凝集）を図るためには、該移動定在音波１５が複数の節１６を有していることが必要なためである。なお、上記移動定在音波１５の節１６に付される番号ｍiは、その時点での節１６の数ｎi以内であるから、この第３の条件は、以下の式となる。
２≦ｍi-1≦ｎi-1      ・・・（５）
【００５７】
上記式（３）と式（４）より、
【数２】
2014151260.tif 000004
となり、ステップｉでの周波数ｆiは、ｆi＝ｆi-1＋Δｆiで示されるため、
【数３】
2014151260.tif 000005
となる。
【００５８】
したがって、上記式（５）の条件の下で、上記式（７）を満たすｍiが存在するように、上記Δｆiを設定すればよい。
【００５９】
ここで、上記各移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂにおける移動定在音波１５の周波数変化の制御を簡単にするために、周波数ｆを徐々に大きくする制御を行う場合について考える。
【００６０】
この場合、ｍi-1≦ｍiであるから、
ｍi−ｍi-1＝Ｎ＝０，１，２,…
と置くと、上記式（７）は、以下のようになる。
【数４】
2014151260.tif 000006
【００６１】
ところで、上記周波数刻み幅Δｆiは、できるだけ小さい方が、周波数変化後のステップｉでの周波数ｆiが大きくなり難くて好ましい。これは、移動定在音波１５の周波数ｆが大きくなると、該移動定在音波１５の発生に要するエネルギーが大となるため、消費エネルギーを削減するためには、周波数ｆを小さく抑えることが有効であることによる。そのために、上記Ｎは、Ｎ＝０に設定することが最適である。
【００６２】
よって、上記式（８）にＮ＝０を代入すると、
【数５】
2014151260.tif 000007
となる。
【００６３】
上記式（５）に示したように、ｍi-1≦ｎi-1であるから、
【数６】
2014151260.tif 000008
となる。
【００６４】
更に、上記移動定在音波１５は、上記したように、ステップ１からステップiMaxまで、ステップ毎に周波数ｆを増加させるようにしてあるため、ステップｉのときの移動定在音波１５の周波数ｆiは、初期周波数ｆ1以上である。又、該移動定在音波１５の節１６の数ｎiは、ステップiMaxのときの節１６の数ｎiMaxが最大値となる。これにより、
ｆ1≦ｆi-1
ｎiMax≧ｎi-1    （∵（１／ｎiMax）≦（１／ｎi-1））
であるため、
【数７】
2014151260.tif 000009
となる。よって、上記式（９）より、以下のΔｆiの条件式が導かれる。
【数８】
2014151260.tif 000010
【００６５】
上記式（１２）により、上記Δｆiは、ステップ１での周波数ｆ1と、ステップiMaxのときの節１６の数ｎiMaxにより決定することができるようになる。
【００６６】
上記ステップiMaxの条件は、たとえば、以下のように設定すればよい。
【００６７】
すなわち、ステップ１（初期周波数ｆ1）での上記移動定在音波１５における他方の流路壁８ｂより最も離れた位置の節１６、すなわち、ステップ１での移動定在音波１５の節１６の数ｎ1と等しい順番ｍ1（＝ｎ1）の節１６に捕捉されている粒子群３ａが、ステップiMaxのときに移動してくる節１６の番号をｍiMaxとする。
【００６８】
上記ステップiMaxでは、上記ｍiMax番目の節１６の原点からの距離が、上記ステップ１のときの原点からｎ１番目（ｍ1＝ｎ１）の腹までの距離よりも小さくなるように、周波数ｆiMaxを設定する。この条件は上記式（１）、式（２）により、以下のようになる。
Ｌ（ｍiMax）＜ｌ（ｍ1＝ｎ１）    ・・・（１３）
【００６９】
上記式（１３）を、音速ｃ＝波長λ×周波数ｆの関係を用いて変形すると、
【数９】
2014151260.tif 000011
となる。
【００７０】
更に、上記式（１４）は、ｍiMax＝ｎ1、すなわち、Ｎ＝０の場合は、
【数１０】
2014151260.tif 000012
となる。よって、この場合は、ｆiMaxを、ステップ１のときの移動定在音波１５の初期周波数ｆ1、及び、節１６の数ｎ1を基にして決定することができる。
【００７１】
これにより、上記移動定在音波１５は、周波数を、前述したように初期周波数ｆ1から、上記のように設定した所定の周波数刻み幅Δｆiずつ変化（増加）させて上記所定の最終周波数ｆiMaxに達するまで変化させた後に、該最終周波数ｆiMaxから、上記初期周波数ｆ1まで復帰させる操作をして、１回の周波数変化サイクルを完了すると、該１回の周波数変化サイクルの間に、移動定在音波１５の他方の流路壁８ｂからｍ番目（ｍ≧２）の節１６に捕捉された粒子群３ａを、上記初期周波数ｆ1に復帰された移動定在音波１５における上記ｍ番目よりも他方の流路壁８ｂ寄りに位置する別の番号の節１６に捕捉させることができるようにしてある。
【００７２】
したがって、上記移動定在音波１５では、上記周波数変化サイクルを繰り返すことにより、該移動定在音波１５の各節１６で捕捉される上記粒子群３ａを、次第に上記他方の流路壁８ｂ寄りの節１６に濃縮させることができるようになる。
【００７３】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、上記移動定在音波１５の周波数変化サイクルの概略を示すものである。
【００７４】
図３（ａ）は、図２におけるｔ＝０の時点で、移動定在音波１５の初期周波数ｆ1を、図１に示した静止定在音波１１の周波数ｆsと同じ周波数に設定したステップ１の状態を示してある。よって、該移動定在音波１５では、流路４内に、図１に示した静止定在音波１１の節１２の数ｎsと同様の２つ（ｎ1＝２）の節１６が形成された状態となる。
【００７５】
上記移動定在音波１５の周波数変化サイクルの周波数刻み幅Δｆiは、前述した設定条件式（１０）を基に設定してあるものとする。
【００７６】
図３（ｂ）は、図２に示すように上記ステップ１の開始から時間刻みΔｔが経過した時点で、ステップ２として、移動定在音波１５の周波数ｆ2を、ｆ1＋Δｆ2に変化させた状態を示すものである。この際、図３（ｂ）に示すように、ステップ２の移動定在音波１５では、上記周波数の変化に伴って、一方の流路壁８ａに対応する位置に３番目の節１６が新たに形成されるようになるが、上記ステップ１のときに他方の流路壁８ｂより２番目に形成されていた節１６の位置からは、該ステップ２で他方の流路壁８ｂより２番目の節１６の方がより近い。このため、上記移動定在音波１５では、上記ステップ２のように周波数を変化させると、ステップ１で節１６に捕捉されている粒子群３ａを、より他方の流路壁８ｂ寄りに位置する節１６まで移動させることができる。
【００７７】
図３（ｃ）は、図２に示すように上記ステップ２の開始から時間刻みΔｔが経過した時点で、ステップ３として、移動定在音波１５の周波数ｆ3を、ｆ2＋Δｆ3に変化させた状態を示すものである。このステップ３によっても、上記移動定在音波１５では、上記ステップ１からステップ２への周波数変化の場合と同様に、上記ステップ２で節１６に捕捉されている粒子群３ａを、より他方の流路壁８ｂ寄りに位置する節１６まで移動させることができる。
【００７８】
なお、上記図３（ｃ）に示した状態のステップ３の移動定在音波１５では、ｆ3＝（３／２）ｆ1であるため、前述した最終周波数ｆiMaxの設定条件式には適合しない。
【００７９】
よって、上記移動定在音波１５は、更に、図３（ｄ）に示すように、図２に示すように上記ステップ３の開始から時間刻みΔｔが経過した時点で、ステップ４として、移動定在音波１５の周波数ｆ4を、ｆ3＋Δｆ4に変化させるようにする。
【００８０】
このステップ４によっても、上記移動定在音波１５では、上記ステップ２からステップ３への周波数変化の場合と同様に、上記ステップ３で節１６に捕捉されている粒子群３ａを、より他方の流路壁８ｂ寄りに位置する節１６まで移動させることができるようになる。
【００８１】
上記ステップ４の移動定在音波１５の周波数ｆ4は、上記ｆ3よりも大であるため、前述した最終周波数ｆiMaxの設定条件式に適合する。
【００８２】
よって、上記移動定在音波１５は、上記ステップ４での周波数ｆ4を最終周波数ｆiMaxとして、図２に示すように上記ステップ４の開始から時間刻みΔｔが経過した時点で、図３（ｅ）に示すように、該移動定在音波１５の周波数を、上記初期周波数ｆ1に復帰させるようにする。この際、上記移動定在音波１５では、初期周波数ｆ1への復帰に伴って、図３（ａ）で示したステップ１と同じ位置に２つの節１６が再び形成されるようになるが、上記ステップ４で形成されていた他方の流路壁８ｂから２番目の節１６の位置は、該ステップ１で他方の流路壁８ｂより１番目の節１６の方が、該ステップ１における流路壁８ｂより２番目の節１６よりも近い。このため、上記移動定在音波１５では、上記ステップ１からステップ４の周波数変化を行わせた後、周波数を、ステップ１の初期周波数ｆ1まで急に変化させると、上記ステップ１からステップ４までの間に他方の流路壁８ｂより２番目の節１６に捕捉される粒子群３ａを、より他方の流路壁８ｂ寄りに位置する１番目の節１６まで移動させることができるようになる。
【００８３】
したがって、上記移動定在音波１５では、その後、図２に示すように、上記図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示したステップ１からステップ４までの周波数変化サイクルを繰り返して実施することにより、上記静止定在音波１１で捕捉された粒子３の凝集した粒子群３ａが該移動定在音波１５の節１６に捕捉されると、該捕捉した粒子群３ａを、上記他方の流路壁８ｂより１番目の節１６に、次第に濃縮させることができるようになる。
【００８４】
上記移動定在音波１５の周波数変化サイクルにて、周波数を周波数刻み幅Δｆずつ変化させるための時間刻みΔｔは、該時間刻みΔｔが大きいほど、上記粒子群３ａを他方の流路壁８ｂ寄りに移動させて濃縮するために要する時間が長くなり、固液分離処理の処理速度が低下する。そのため、上記時間刻みΔｔは、上記原液２の粒子３（粒子群３ａ）の固液分離に要求される処理速度に応じて適宜設定するようにすればよい。
【００８５】
ところで、上記時間刻みΔｔは、上記のように固液分離に要求される処理速度に応じて設定させるようにするが、この際、上記粒子群３ａ（粒子３）の移動速度が遅くて、上記時間刻みΔｔ毎に移動定在音波１５の周波数変化に伴って変位する節１６の位置に、該粒子３（粒子群３ａ）が凝集する前に節１６の位置が変わってしまうと、該粒子３（粒子群３ａ）の凝集が難しくなる。
【００８６】
このような問題が生じる虞を回避するための方法の１つとしては、たとえば、上記移動定在音波１５の周波数を大きくするようにする。この場合は、移動定在音波１５の周波数が大きくなることに伴って、音響放射力が大きくなるため、上記粒子３（粒子群３ａ）が節１６へ移動し易くなる。
【００８７】
又、上記問題が生じる虞を回避するための別の方法としては、上記移動定在音波１５の周波数を変化させるときの周波数刻み幅Δｆを、前述の設定条件内で小さく設定するようにしてもよい。この場合は、上記移動定在音波１５の１ステップ毎の周波数変化に伴う節１６の変位量が小さくなるため、ステップ毎に粒子３（粒子群３ａ）が節１６へ移動する移動時間を短縮させることができる。
【００８８】
更に、上記濃縮粒子取出口７は、流路４における移動定在音波発生手段６Ｂの下流側位置に、上記移動定在音波１５の他方の流路壁８ｂより１番目の節１６に対応する位置を流れる液体を分取できるように設けてある。これにより、上記濃縮粒子取出口７では、上記移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂで発生させる移動定在音波１５によって上述したように他方の流路壁８ｂ寄りの節１６の位置に濃縮された粒子３（粒子群３ａ）を、一部の液体と一緒に取り出すことができるようにしてある。
【００８９】
一方、上記濃縮粒子取出口７を通して回収されない残りの液体は、相対的に上記粒子３の清澄化が図られた清澄液１７として、上記流路４の下流部へ導いて回収できるようにしてある。
【００９０】
上記において、移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂで発生させる移動定在音波１５は、上流側の静止定在音波１１の節１２で捕捉された粒子３が凝集された粒子群３ａを、該移動定在音波１５の複数の節１６に分散させることなく、１つの節１６で捕捉できるようにするという観点から考えると、すべてのステップで発生させる移動定在音波１５について、該移動定在音波１５の各腹の他方の流路壁８ｂからの距離が、上記静止定在音波１１の各節１２の他方の流路壁８ｂからの距離と一致しないように設定することが望ましい。
【００９１】
この条件を式で表すと、
【数１１】
2014151260.tif 000013
となる。
【００９２】
以上の構成としてある本発明の固液分離装置１を用いて、原液２中より粒子３の固液分離処理を行う場合は、予め、上記流路４内に液体、たとえば、原液２、あるいは、該原液２中で粒子３の分散媒となっている液体を満たした状態とする。次いで、上記静止定在音波発生手段５、及び、移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂをそれぞれ作動させて、上記流路４では、それぞれの定在音波発生手段５，６Ａ，６Ｂの設置個所にて、静止定在音波１１と、２つの移動定在音波１５を上流側より順に配列させた状態で発生させる。
【００９３】
その後、上流側より固液分離処理の対象となる原液２を連続供給する。
【００９４】
上記原液２は、上記静止定在音波１１の発生個所に達すると、該原液中に含まれている粒子３が、該静止定在音波１１の音響放射力の影響を受けて、該静止定在音波１１の各節１２の位置まで移動させられると共に、該各節１２に捕捉される。更に、該各節１２の位置では、捕捉された粒子３が密集することで、該各粒子３同士の凝集が促進されて、粒径が増加した粒子群３ａが形成される。
【００９５】
上記粒子群３ａは、その後、上記流路４内における原液２の流れにより下流側へ移動させられる。このようにして移動する粒子群３ａは、上記移動定在音波１５の発生個所に達すると、該移動定在音波１５の節１６に捕捉される。該移動定在音波１５の節１６に捕捉された粒子群３ａは、該移動定在音波１５の周波数変化サイクルが繰り返されることに伴って、他方の流路壁８ｂ寄りの節１６に次第に密集させられて濃縮されるようになる。
【００９６】
この際、上記粒子群３ａは、粒子３の凝集によって形成されたもので、単独の粒子３に比して粒径が増大しているため、該移動定在音波１５では、上記粒子群３ａに対して、音響放射力の影響を、単独の粒子３に対するものよりも強く与えることができるようになる。よって、上記粒子群３ａを、上記移動定在音波１５によって効率よく濃縮することができる。
【００９７】
更に、上記移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂは、流路４の上下流方向に２段に設けてあるため、上記粒子群３ａの他方の流路壁８ｂ側への濃縮をより確実に行うことができるようになる。
【００９８】
その後、上記のようにして濃縮された粒子群３ａは、上記流路４内における液体流れにより下流側へ移動させられると、濃縮粒子取出口７に達するようになるため、該濃縮粒子取出口７より上記濃縮された粒子群３ａを、一部の液体と共に分取して回収し、上記流路４の下流部へ導かれる清澄液１７と分離させるようにする。
【００９９】
このように、本発明の固液分離方法及び装置によれば、静止定在音波１１及び各移動定在音波１５の音響放射力を流路を流れる原液２中の粒子３（粒子群３ａ）に作用させて、該粒子３（粒子群３ａ）を濃縮して、清澄液１７と分離させる連続的な固液分離処理を効率よく実施することができる。
【０１００】
更に、上記固液分離処理の際には、固液密度差は必要ないため、粒子３の分散媒となる液体との密度差がないか又は密度差が微小な粒子３についても、固液分離を効率よく実施することができる。
【０１０１】
しかも、上記粒子３は、上記静止定在音波１１を用いることで凝集させて粒径の増大した粒子群３ａとさせた後に、他方の流路壁８ｂ寄りに濃縮させるための移動定在音波１５の音響放射力を作用させるようにしてあるため、該粒子群３ａの濃縮を効率よく実施することができて、固液分離の効率を更に高めることができる。
【０１０２】
したがって、本発明の固液分離方法及び装置は、逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子、更には、藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子を分離して除去する処理、あるいは、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離する処理に適した固液分離処理を実施することができる。
【０１０３】
更には、本発明の固液分離方法及び装置では、流路４に、静止定在音波１１の発生個所と、移動定在音波１５の発生個所を多段に設けるようにしてあるため、たとえ上記静止定在音波１１の節１２で捕捉し切れない粒子３があるとしても、該粒子３を、移動定在音波１５の節１６に捕捉して、分離を図ることができて、固液分離の効率を高めることができる。よって、本発明の固液分離方法及び装置は、流路４における原液２の流速を高めて、単位時間当たりの固液分離処理量の拡大に有利なものとすることができる。したがって、本発明の固液分離方法及び装置は、原液２の固液分離の連続処理に有効なものとすることができる。
【０１０４】
次に、図４乃至図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発明の実施の他の形態として、固液分離装置の別の例を示すものである。
【０１０５】
すなわち、本実施の形態の固液分離装置は、図４に符号１Ａで示すもので、概説すると、図１に示した固液分離装置１と同様の構成において、移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂを、節１６の位置を一方の流路壁８ａ側から他方の流路壁８ｂ側へ周期的に移動させる形式の移動定在音波１５を生成させるものとした構成に代えて、図４に白抜き矢印で示すように、節１６の位置を他方の流路壁８ｂ側から一方の流路壁８ａ側へ周期的に移動させる形式の移動定在音波を個別に生成（発生）させることができるようにしてある移動定在音波発生手段６Ｃ，６Ｄを備える構成とする。
【０１０６】
更に、流路４における最も下流寄りの移動定在音波発生手段６Ｄの下流側位置には、濃縮粒子取出口７ａが、上記移動定在音波１５の最も一方の流路壁８ａ寄りの節１６（一方の流路壁８ａより１番目の節１６）に対応する位置を流れる液体を分取できるように設けてある。これにより、該濃縮粒子取出口７ａでは、上記移動定在音波発生手段６Ｃ，６Ｄで発生させる移動定在音波１５の節１６の上記した周期的な移動に伴って上記一方の流路壁８ａ寄りの節１６の位置に濃縮される粒子３（粒子群３ａ）を、一部の液体と一緒に取り出すことができるようにしてある。
【０１０７】
一方、上記濃縮粒子取出口７ａを通して回収されない残りの液体は、相対的に上記粒子３の清澄化が図られた清澄液１７として、上記流路４の下流部へ導いて回収できるようにした構成としてある。
【０１０８】
ここで、上記各移動定在音波発生手段６Ｃと６Ｄでそれぞれ発生させる上記移動定在音波１５について具体的に説明する。
【０１０９】
本実施の形態では、上記移動定在音波１５は、上述したように、節１６の位置を、他方の流路壁８ｂ側から一方の流路壁８ａ側へ周期的に移動させるために、図５に概要を示すように、ステップ１における初期周波数ｆ1から、時間刻みΔｔのステップ毎に周波数刻み幅Δｆずつ周波数を減少させて、１サイクルの最後のステップiMaxで最低周波数となる最終周波数ｆiMaxまで変化させる周波数変化サイクルを繰り返すようにしてある。
【０１１０】
ここで、ステップ数をｉで示して（ｉ＝１，２，・・・，iMax）、或るステップで形成されている上記移動定在音波１５の節１６に捕捉されている粒子群３ａを、上記周波数刻み幅Δｆで周波数を減少させる次のステップで形成される移動定在音波１５の節１６に対して、分散させることなく一方の流路壁８ｂ寄りに移動させるための条件は、以下の３つの条件となる。なお、ステップｉにおける移動定在音波１５のｍi番目の節１６は、１つ前のステップ（ｉ−１）における移動定在音波１５のｍi-1番目の節１６に最も近い節１６とする。
【０１１１】
第１の条件は、上記移動定在音波１５において、周波数変化後のステップｉのときにｍi番目の節１６の原点からの距離が、周波数変化前のステップ（ｉ−１）のときのｍi-1番目の節１６の原点からの距離よりも大となることである（ただし、ｉ≧２）。この第１の条件は、以下の式で表される。
Ｌ（ｍi）＞Ｌ（ｍi-1）    ・・・（１６）
【０１１２】
第２の条件は、上記移動定在音波１５において、上記ステップｉでのｍi番目の腹の原点からの距離が、上記ステップ（ｉ−１）のときのｍi-1番目の節１６の原点からの距離よりも小となることである（ただし、ｉ≧２）。この第２の条件は、以下の式で表される。
ｌ（ｍi）＜Ｌ（ｍi-1）    ・・・（１７）
【０１１３】
第３の条件は、上記移動定在音波１５の節１６の数ｎi-1（ただし、ｉ≧２）が、２以上に設定されていることである。これは、該移動定在音波１５において、後述するように、複数の節１６で捕捉される粒子群３ａを、より少ない数の節１６に移動させることで該粒子群３ａの濃縮（凝集）を図るためには、該移動定在音波１５が複数の節１６を有していることが必要なためである。なお、上記移動定在音波１５の節１６に付される番号ｍiは、その時点での節１６の数ｎi以内であるから、この第３の条件は、以下の式となる。
２≦ｍi-1≦ｎi-1    ・・・（１８）
【０１１４】
上記式（１６）と式（１７）は、前述の式（１）と式（２）より
【数１２】
2014151260.tif 000014
となり、ステップｉでの周波数ｆiは、ｆi＝ｆi-1−Δｆiで示されるため、
【数１３】
2014151260.tif 000015
となる。
【０１１５】
したがって、上記式（１８）の条件の下で、上記式（２０）を満たすｍiが存在するように、上記Δｆiを設定すればよい。
【０１１６】
ここで、上記各移動定在音波発生手段６Ｃと６Ｄにおける移動定在音波１５の周波数変化の制御を簡単にするために、周波数ｆを徐々に小さくする制御を行う場合について考える。
【０１１７】
この場合、ｍi-1≧ｍiであるから、
ｍi-1−ｍi＝Ｎ＝０，１，２，…
と置くと、上記式（２０）は、以下のようになる。
【数１４】
2014151260.tif 000016
【０１１８】
Ｎ＝０を上記式（２１）に代入すると、
【数１５】
2014151260.tif 000017
となる。
【０１１９】
上記式（１８）に示したように、ｍi-1≦ｎi-1であるから、
【数１６】
2014151260.tif 000018
となる。
【０１２０】
更に、上記移動定在音波１５は、上記したように、ステップ１からステップiMaxまで、ステップ毎に周波数ｆを減少させるようにしてあるため、ステップiMaxのときの移動定在音波１５の周波数ｆiMaxは、初期周波数ｆi-1（ただし、ｉ≧２）以下である。又、該移動定在音波１５では、ステップ数ｉが増えるほど、節１６の数ｎiは減少する傾向になる。これにより、
ｆiMax≦ｆi-1
ｎi-1≧ｎi
であるため、
【数１７】
2014151260.tif 000019
となる。よって、上記式（２３）より、以下のΔｆiの条件式が導かれる。
【数１８】
2014151260.tif 000020
【０１２１】
上記式（２５）により、上記Δｆiは、ステップ１での節の数ｎ1と、ステップiMaxのときの周波数ｆiMaxにより決定することができるようになる。
【０１２２】
上記ステップiMaxの条件は、たとえば、以下のように設定すればよい。
【０１２３】
すなわち、ステップ１（初期周波数ｆ1）での上記移動定在音波１５における他方の流路壁８ｂに最も近接した位置の節１６、すなわち、ステップ１での移動定在音波１５の節１６のうち、順番ｍ1（＝１）の節１６に捕捉されている粒子群３ａが、ステップiMaxのときに移動してくる節１６の番号をｍiMaxとする。
【０１２４】
上記ステップiMaxでは、上記ｍiMax番目の節１６の原点からの距離が、上記ステップ１のときの原点から２番目（ｍ1＝２）の腹までの距離よりも大きくなるように、周波数ｆiMaxを設定する。この条件は上記式（１）、式（２）により、以下のようになる。
Ｌ（ｍiMax）＞ｌ（ｍ1＝２）    ・・・（２６）
【０１２５】
上記式（２６）を、音速ｃ＝波長λ×周波数ｆの関係を用いて変形すると、
【数１９】
2014151260.tif 000021
となる。
【０１２６】
よって、この場合は、ｆiMaxを、ステップ１のときの移動定在音波１５の初期周波数ｆ1を基にして決定することができる。
【０１２７】
これにより、上記移動定在音波１５は、周波数を、前述したように初期周波数ｆ1から、上記のように設定した所定の周波数刻み幅Δｆiずつ変化（減少）させて上記所定の最終周波数ｆiMaxに達するまで変化させた後に、該最終周波数ｆiMaxから、上記初期周波数ｆ1まで復帰させる操作をして、１回の周波数変化サイクルを完了すると、該１回の周波数変化サイクルの間に、移動定在音波１５の他方の流路壁８ｂからｍ番目（ｍ≧１）の節１６に捕捉された粒子群３ａを、上記初期周波数ｆ1に復帰された移動定在音波１５における元の番号の節１６よりも一方の流路壁８ａ寄りに位置する別の番号の節１６に捕捉させることができるようにしてある。
【０１２８】
したがって、上記移動定在音波１５では、上記周波数変化サイクルを繰り返すことにより、該移動定在音波１５の各節１６で捕捉される上記粒子群３ａを、次第に上記一方の流路壁８ａ寄りの節１６に濃縮させることができるようになる。
【０１２９】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、上記移動定在音波１５の周波数変化サイクルの概略を示すものである。
【０１３０】
図６（ａ）は、図５におけるｔ＝０の時点で、移動定在音波１５の初期周波数ｆ1を、図１に示した静止定在音波１１の周波数ｆｓと同じ周波数に設定したステップ１の状態を示してある。よって、該移動定在音波１５では、流路４内に、４つ（ｎ1＝４）の節１６が形成された状態となる。
【０１３１】
上記移動定在音波１５の周波数変化サイクルの周波数刻み幅Δｆiは、前述した設定条件式（２５）を基に設定してあるものとする。
【０１３２】
その後、図５に示すように上記ステップ１の開始から時間刻みΔｔが経過するごとに、ステップ２、３、４で、移動定在音波１５の周波数を、ｆ2（＝ｆ1−Δｆ２）、ｆ3（＝ｆ2−Δｆ３）、ｆ4（＝ｆ3−Δｆ４）に順次変化（減少）させることにより、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、移動定在音波１５の節の位置を変化させる。これにより、上記移動定在音波１５では、上記ステップ２、３、４により、ステップ１で節１６に捕捉されている粒子群３ａを、より一方の流路壁８ｂ寄りに位置する節１６まで移動させることができる。
【０１３３】
上記ステップ４における移動定在音波１５の周波数ｆ4が、前述した最終周波数ｆiMaxの設定条件式に適合する場合は、図５に示すように、上記ステップ４の開始から時間刻みΔｔが経過した時点で、図６（ｅ）に示すように、該移動定在音波１５の周波数を、上記初期周波数ｆ1に復帰させるようにする。この際、上記移動定在音波１５では、初期周波数ｆ1への復帰に伴って、図６（ａ）で示したステップ１と同じ位置に４つの節１６が再び形成されるようになるが、上記ステップ４で形成されていた他方の流路壁８ｂから１番目の節１６の位置は、該ステップ１で他方の流路壁８ｂより２番目の節１６の方が、該ステップ１における流路壁８ｂより１番目の節１６よりも近い。このため、上記移動定在音波１５では、上記ステップ１からステップ４の周波数変化を行わせた後、周波数を、ステップ１の初期周波数ｆ1まで急に変化させると、上記ステップ１からステップ４までの間に他方の流路壁８ｂより１番目の節１６に捕捉される粒子群３ａを、他方の流路壁８ｂより２番目の節１６まで移動させることができるようになる。又、上記移動定在音波１５では、上記ステップ１からステップ４の周波数変化を行わせた後、周波数を、ステップ１の初期周波数ｆ1まで急に変化させると、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示したように、他方の流路壁８ｂからの順番が２番目よりも大きい節１６に捕捉される粒子群３ａを、ステップ１のときに最も一方の流路壁８ａに寄った位置に形成される節１６へ移動させることができる。
【０１３４】
したがって、上記移動定在音波１５では、その後、図２に示すように、上記図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示したステップ１からステップ４までの周波数変化サイクルを繰り返して実施することにより、上記静止定在音波１１で捕捉された粒子３の凝集した粒子群３ａが該移動定在音波１５の節１６に捕捉されると、該捕捉した粒子群３ａを、上記一方の流路壁８ａ寄りの節１６に、次第に濃縮させることができるようにしてある。
その他の構成は図１乃至図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
【０１３５】
以上の構成としてある本実施の形態の固液分離装置１Ａは、図１乃至図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の実施の形態の固液分離装置１と同様に使用することで、上記静止定在音波１１の音響放射力により、該静止定在音波１１の各節１２で粒子を捕捉すると共に、該捕捉された粒子３が密集することで、該各粒子３同士の凝集が促進させて、粒径が増加した粒子群３ａを形成させることができる。
【０１３６】
その後、上記粒子群３ａは、上記流路４内における原液２の流れにより上記移動定在音波１５の発生個所に達すると、該移動定在音波１５の節１６に捕捉される該粒子群３ａを、該移動定在音波１５の周波数変化サイクルが繰り返されることに伴って、一方の流路壁８ａ寄りの節１６に次第に密集させて濃縮させることができる。よって、上記濃縮された粒子群３ａは、濃縮粒子取出口７ａより一部の液体と共に分取して回収することができて、上記流路４の下流部へ導かれる清澄液１７と分離させることができる。
【０１３７】
このように、本実施の形態によっても、図１乃至図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、流路４は、静止定在音波発生手段５と移動定在音波発生手段６Ａ，６Ｂ、又は、６Ｃ，６Ｄの超音波発生用素子９，１３Ａ，１３Ｂを設置するための一方の流路壁８ａと、超音波の反射壁となる他方の流路壁８ｂとを互いに対向する配置で備えていれば、断面形状は適宜変更してもよい。
【０１３９】
流路４内で発生させる静止定在音波１１の周波数ｆsは、該流路４の断面積や断面形状、該流路４に供給される原液２の流速等に応じて、該流路４内で形成させる節１２の数が１又は３以上となるように適宜変更してもよい。
【０１４０】
流路４内で発生させる移動定在音波１５の初期周波数ｆ1は、該流路４の断面積や断面形状、該流路４に供給される原液２の流速等に応じて、該流路４内で形成させる節１６の数が図示した以外の複数となるように適宜変更してもよい。
【０１４１】
流路４に設置する静止定在音波発生手段５と、移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂ、又は、６Ｃと６Ｄの流路４上下流方向の間隔は、該流路４に供給される原液２の流速、要求される粒子群３ａ（粒子３）の固液分離効率や濃縮率等に応じて、適宜設定してよい。
【０１４２】
移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂ、又は、６Ｃと６Ｄは、流路４の断面積や断面形状、及び、１つの移動定在音波発生手段の有する粒子群３ａ（粒子３）を他方の流路壁８ｂ寄りへ移動させる能力と、要求される粒子群３ａ（粒子３）の分離効率や濃縮率等に応じて、流路４の静止定在音波発生手段５の下流側位置に上下流方向に配列して設置する数を１又は３以上としてもよい。
【０１４３】
移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂ、又は、６Ｃと６Ｄでは、移動定在音波１５を、或る時間刻みΔｔのステップ毎に周波数を周波数刻み幅Δｆiずつ変化させる周波数変化サイクルで発生させるものとして示したが、図２及び図５に二点鎖線で示すように、移動定在音波１５を、初期周波数ｆ1から最終周波数ｆiMaxまで周波数を連続的に変化させる周波数変化サイクルで発生させるようにしてもよい。
【０１４４】
移動定在音波発生手段６Ａと６Ｂ、又は、６Ｃと６Ｄで発生させる移動定在音波１５は、上流側の静止定在音波１１の節１２で捕捉された粒子３が凝集された粒子群３ａを、分散させることなく該移動定在音波１５の節１６で捕捉できるようにするという観点から考えると、該移動定在音波１５の腹が、静止定在音波１１の節１２と揃う位置に形成されないように各ステップでの周波数ｆ1〜ｆ4（ｆiMax）を設定することが望ましいが、移動定在音波１５の腹の位置が、静止定在音波１１の節１２と揃う位置に形成されていてもよい。この場合であっても、上記移動定在音波１５では、上記静止定在音波１１で粒子３を凝集させて粒径が大となった粒子群３ａに音響放射力を作用させて節１６に効率よく捕捉することができると共に、前述した所定の周波数変化サイクルを繰り返すことで、上記節１６に捕捉された粒子群３ａ（粒子３）を、他方の流路壁８ｂ寄りの節１６、又は、一方の流路壁８ａ寄りの節１６に濃縮させることができる。
【０１４５】
各超音波発生用素子９，１３Ａ，１３Ｂは、圧電素子に代えて、磁歪素子を用いるようにしてもよい。このように磁歪素子による超音波発生用素子９，１３Ａ，１３Ｂを採用する場合は、対応する制御装置１０及び１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ対応する超音波発生用素子９，１３Ａ，１３Ｂに磁界（磁気）をかけて超音波振動を生じさせると共に、該超音波振動の周波数を個別に制御する機能を備えるものとすればよい。
【０１４６】
流路４は、原液２を自然流下方式と圧送方式のいずれで流通させる形式でもよい。又、流路４は、圧送方式で原液２を流通させる場合は、該流路４の向きや傾斜は自在に設定してよい。
【０１４７】
流路４に設ける濃縮粒子取出口７，７ａの開口形状や流路面積は、所望する原液２の処理量や粒子３の固液分離に所望する分離効率に応じて、図示した以外の開口形状や流路面積に適宜変更してよい。
【０１４８】
原液２は、凝集剤を添加するようにして、静止定在音波１１の節１２での粒子３の凝集を促進させるようにしてもよい。
【０１４９】
本発明の固液分離方法及び装置は、固液分離処理が必要とされる粒子３を含んだ液体であれば、任意の粒子３を含んだ原液２や、水以外の分散媒に粒子３が分散された原液２の固液分離処理に適用してもよい。
【０１５０】
図１及び図４に示した本発明の固液分離装置１，１Ａは、濃縮された粒子３（粒子群３ａ）が液体と共に回収される濃縮粒子取出口７，７ａ、又は、清澄液１７が回収される流路４の下流部に、別の本発明の固液分離装置１，１Ａをカスケード接続して、上記粒子３の固液分離効率や、回収率をより高めるようにしてもよい。
【０１５１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１５２】
１，１Ａ  固液分離装置
２  原液
３  粒子
３ａ  粒子群
４  流路
５  静止定在音波発生手段
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ  移動定在音波発生手段
７，７ａ  濃縮粒子取出口
８ａ  流路壁
８ｂ  流路壁
１１  静止定在音波
１２  節
１５  移動定在音波
１６  節
【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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