(57)【要約】  超音波を用いた混濁液濁質分離技術に関して、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる技術を提供する。混濁液送液分離装置１０は、送液分離ユニット３を含む送液分離部９を有する。送液分離ユニット３は、混濁液６が送液される流路となる空洞構造体と、空洞構造体におけるｘ方向に延在する側面部と、側面部の一方に設けられた供給口と、側面部の他方に設けられた排出口と、空洞構造体におけるｙ方向に延在して対向する２つの平面部と、２つの平面部の少なくとも一方に設けられた、超音波を流路に発生させる超音波振動部と、を有する。送液分離部９の流路で混濁液６が送液されながら、超音波により混濁液６の濁質が捕捉されて鉛直方向であるｚ方向で分離される。ｘ方向またはｙ方向と、供給口の中心点と排出口の中心点とを結ぶ直線に対応する送液方向とが成す第１角度は、鋭角である。
2017216864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混濁液を送液しながら前記混濁液の濁質を分離する混濁液送液分離装置であって、
送液分離ユニットを含む送液分離部を有し、
前記送液分離ユニットは、
前記混濁液が送液される流路となる空洞構造体と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの第１方向に延在する側面部と、
前記側面部の一方の第１側面部に設けられた、前記混濁液が供給される供給口と、
前記側面部の他方の第２側面部に設けられた、前記混濁液が排出される排出口と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの前記第１方向に直交する第２方向に延在して対向する２つの平面部である第１平面部及び第２平面部と、
前記第１平面部と前記第２平面部との少なくとも一方に設けられた、駆動信号に基づいて超音波を前記流路に発生させる超音波振動部と、
を有し、
前記送液分離部の前記流路で前記混濁液が送液されながら、前記超音波により前記混濁液の前記濁質が捕捉されて鉛直方向で分離され、
前記第１方向または前記第２方向と、前記供給口の中心点と前記排出口の中心点とを結ぶ直線に対応する送液方向とが成す第１角度は、鋭角である、
混濁液送液分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記送液分離部は、複数の前記送液分離ユニットの連結により構成される、
混濁液送液分離装置。
【請求項３】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記流路に発生する前記超音波の伝播方向と、前記送液方向の前記直線とが成す前記前記第１角度は、鋭角であり、
前記直線は、前記超音波の伝播方向にある複数の節及び腹を通過する、
混濁液送液分離装置。
【請求項４】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記第１方向における前記供給口の中心点の第１位置と前記排出口の中心点の第２位置との間に所定の距離を有する、
混濁液送液分離装置。
【請求項５】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記側面部の前記第１方向の幅は、前記２つの平面部の前記第２方向の幅よりも長い、
混濁液送液分離装置。
【請求項６】
請求項１記載の送液装置において、
前記側面部の前記第１方向の幅は、前記２つの平面部の前記第２方向の幅よりも短い、
混濁液送液分離装置。
【請求項７】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記混濁液を前記送液分離部へ供給する給液部と、
前記送液分離部から排出された、前記鉛直方向で前記濁質が分離された前記混濁液を、清澄液と濃縮液に分けて排出する排出部と、
を有する、混濁液送液分離装置。
【請求項８】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記第１平面部に前記超音波振動部を構成する超音波振動素子を有し、前記第２平面部に前記超音波を反射させる反射板を有する、
混濁液送液分離装置。
【請求項９】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記送液分離部は、複数の前記送液分離ユニットが、階段形状に配置されている、
混濁液送液分離装置。
【請求項１０】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記混濁液の流れを複数に分流して前記送液分離部へ供給する給液部を有し、
前記送液分離部は、前記給液部に対して並列に接続される、複数の送液分離ユニット群を有する、
混濁液送液分離装置。
【請求項１１】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記送液分離部は、複数の前記送液分離ユニットが、互い違いに向きを変えて、長方体領域に収まるように配置されている、
混濁液送液分離装置。
【請求項１２】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記送液分離部は、複数の前記送液分離ユニットを有し、
前記複数の送液分離ユニットの各々の前記超音波振動部は、制御部に接続された超音波振動素子を有し、
前記制御部は、複数の各々の前記超音波振動素子に同じ前記駆動信号を供給して同時に駆動する、
混濁液送液分離装置。
【請求項１３】
請求項１記載の混濁液送液分離装置において、
前記送液分離部は、複数の前記送液分離ユニットを有し、
前記複数の送液分離ユニットの各々の前記超音波振動部は、制御部と接続された超音波振動素子を有し、
前記制御部は、複数の各々の前記超音波振動素子に異なる前記駆動信号を供給して独立に駆動する、
混濁液送液分離装置。
【請求項１４】
混濁液を送液しながら前記混濁液の濁質を分離する混濁液送液分離システムであって、
連結された複数の送液分離ユニットを含む送液分離部と、
前記混濁液が格納されるタンクと、
前記タンクから前記混濁液を前記送液分離部へ供給する給液部と、
前記送液分離部から排出された、前記鉛直方向で前記濁質が分離された前記混濁液を、清澄液と濃縮液に分けて排出する排出部と、
前記排出部からの前記清澄液を排出または格納する清澄液排出部と、
前記排出部からの前記濃縮液を排出または格納する濃縮液排出部と、
を有し、
前記送液分離ユニットは、
前記混濁液が送液される流路となる空洞構造体と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの第１方向に延在する側面部と、
前記側面部の一方の第１側面部に設けられた、前記混濁液が供給される供給口と、
前記側面部の他方の第２側面部に設けられた、前記混濁液が排出される排出口と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの前記第１方向に直交する第２方向に延在して対向する２つの平面部である第１平面部及び第２平面部と、
前記第１平面部と前記第２平面部との少なくとも一方に設けられた、駆動信号に基づいて超音波を前記流路に発生させる超音波振動部と、
を有し、
前記送液分離部の前記流路で前記混濁液が送液されながら、前記超音波により前記混濁液の前記濁質が捕捉されて鉛直方向で分離され、
前記第１方向または前記第２方向と、前記供給口の中心点と前記排出口の中心点とを結ぶ直線に対応する送液方向とが成す第１角度は、鋭角である、
混濁液送液分離システム。
【請求項１５】
混濁液を送液しながら前記混濁液の濁質を分離する混濁液送液分離装置における混濁液送液分離方法であって、
前記混濁液送液分離装置は、
複数の送液分離ユニットの連結により構成される送液分離部を有し、
前記送液分離ユニットは、
前記混濁液が送液される流路となる空洞構造体と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの第１方向に延在する側面部と、
前記側面部の一方の第１側面に設けられた、前記混濁液が供給される供給口と、
前記側面部の他方の第２側面に設けられた、前記混濁液が排出される排出口と、
前記空洞構造体における水平方向のうちの前記第１方向に直交する第２方向に延在して対向する２つの平面部である第１平面部及び第２平面部と、
前記第１平面部と前記第２平面部との少なくとも一方に設けられた、駆動信号に基づいて超音波を前記流路に発生させる超音波振動部と、
を有し、
前記第１方向または前記第２方向と、前記供給口の中心点と前記排出口の中心点とを結ぶ直線に対応する送液方向とが成す第１角度は、鋭角であり、
前記混濁液送液分離装置で行われるステップとして、
前記混濁液を前記送液分離部に供給するステップと、
前記送液分離部の前記流路で前記混濁液を送液しながら、前記超音波により前記混濁液の前記濁質が捕捉されて鉛直方向で分離されるステップと、
前記送液分離部から排出された、前記鉛直方向で前記濁質が分離された前記混濁液を、清澄液と濃縮液に分けて排出するステップと、
を有する、混濁液送液分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混濁液処理技術に関する。また、本発明は、混濁液中の濁質を分離する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水処理施設等、各種の用途で、混濁液中の濁質を効率的に分離除去できる仕組みが求められている。濁質は、液中に分散した状態で混濁している固形成分や液滴等の物質であり、分離対象物を指す。【０００３】
従来例における混濁液濁質分離方法として、混濁液に超音波を照射することで混濁液から濁質を分離する方法がある。【０００４】
混濁液濁質分離方法に関する先行技術例として、特開２０１４−７９７４８号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、超音波を用いた懸濁液処理装置として、以下の旨が記載されている。その処理装置は、懸濁液を装置内に供給する供給口と、懸濁液が流れる流路部と、処理した懸濁液を排出する排出口と、超音波を照射する振動子と、照射した超音波を反射する反射板と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７９７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来例の混濁液濁質分離方法、例えば特許文献１の懸濁液処理装置では、混濁液の流れる方向と超音波の伝播方向を考慮した装置構成とすることで、振動子を大きくすることなく高い濁質分離性能を得る旨が記載されている。【０００７】
特許文献１の処理装置では、振動子と反射板とに挟まれた流路部内の液体に超音波を照射する。すると、振動子から照射された超音波が反射板によって反射されることで、流路部内に定在波が形成される。そして、音圧が高い領域である節と、低い領域である腹とが、流路部に沿って周期的に発現する。この際、流路部内に節と腹の間隔よりも十分小さな濁質が存在する場合、その濁質は腹か節の位置に捕捉される。そして、それらの濁質は、お互いに凝集し、その凝集物は、その物性等に応じて、その沈降速度または浮上速度が大きくなる。その凝集物は、沈降速度が大きくなった場合、流路部の鉛直方向下部に沈降して濃縮される。その凝集物は、浮上速度が大きくなった場合、流路部の鉛直方向上部に浮上して濃縮される。【０００８】
上記処理装置の流路部を長くして定在波の節と腹の数を増やすことにより、濁質の分離性能を高くすることが期待できる。分離性能は、濁度等によって定量的に計測評価可能である。しかし、超音波の一部は、混濁液の媒質である水等の液体に吸収される。そのため、流路部を一定距離以上長くすると、定在波が形成されにくくなる。即ち、流路部内に濁質を補足可能な定在波を形成するためには、流路部を構成する空洞構造体の超音波伝播方向の最大長さを一定距離以下に抑えなければならない制限がある。【０００９】
上記のように、先行技術例の混濁液濁質分離方法及び処理装置等では、濁質の分離性能の点で課題がある。  【００１０】
本発明の目的は、超音波を用いた混濁液濁質分離技術に関して、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のうち代表的な実施の形態は、混濁液送液分離装置等であって、以下に示す構成を用いることを特徴とする。【００１２】
一実施の形態の混濁液送液分離装置は、混濁液を送液しながら前記混濁液の濁質を分離する混濁液送液分離装置であって、複数の送液分離ユニットの連結により構成される送液分離部を有し、前記送液分離ユニットは、前記混濁液が送液される流路となる空洞構造体と、前記空洞構造体における水平方向のうちの第１方向に延在する側面部と、前記側面部の一方の第１側面部に設けられた、前記混濁液が供給される供給口と、前記側面部の他方の第２側面部に設けられた、前記混濁液が排出される排出口と、前記空洞構造体における水平方向のうちの前記第１方向に直交する第２方向に延在して対向する２つの平面部である第１平面部及び第２平面部と、前記第１平面部と前記第２平面部との少なくとも一方に設けられた、駆動信号に基づいて超音波を前記流路に発生させる超音波振動部と、を有し、前記送液分離部の前記流路で前記混濁液が送液されながら、前記超音波により前記混濁液の前記濁質が捕捉されて鉛直方向で分離され、前記第１方向または前記第２方向と、前記供給口の中心点と前記排出口の中心点とを結ぶ直線に対応する送液方向とが成す第１角度は、鋭角である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、超音波を用いた混濁液濁質分離技術に関して、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１の混濁液送液分離装置を含む、混濁液送液分離システムの構成をＸＹ平面で示す図である。
【図２】実施の形態１で、送液分離ユニットの構造をｘｙ断面で示す図である。
【図３】実施の形態１で、送液分離ユニットの超音波や概略的な送液方向をｘｙ断面で示す図である。
【図４】実施の形態１で、送液分離ユニットの詳細な送液方向をｘｙ断面で示す図である。
【図５】実施の形態１で、送液分離ユニットの構成を斜視で示す図である。
【図６】実施の形態１で、送液分離ユニットの寸法等の構成をｘｙ断面で示す図である。
【図７】実施の形態１で、給液ユニットの構成をＺＹ断面で示す図である。
【図８】実施の形態１で、排出ユニットの構造をＺＹ断面で示す図である。
【図９】送液分離ユニットの実験モデルを示す図である。
【図１０】送液分離ユニットの実験モデルを用いた分離性能の実験結果を示す図である。
【図１１】実施の形態１の第１変形例の混濁液送液分離装置の送液分離ユニットの構成をｘｙ断面で示す図である。
【図１２】実施の形態１の第２変形例の混濁液送液分離装置の送液分離ユニットの構成をｘｙ断面で示す図である。
【図１３】実施の形態１の第３変形例の混濁液送液分離装置の送液分離ユニットの構成をｘｙ断面で示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２の混濁液送液分離装置の構成をＸＹ平面で示す図である。
【図１５】実施の形態２の変形例の混濁液送液分離装置の構成をＸＹ平面で示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の混濁液送液分離装置の構成をＸＹ平面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付しその繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図１３を用いて、本発明の実施の形態１の混濁液送液分離装置、システム、及び方法について説明する。実施の形態１の混濁液送液分離装置等は、工場排水等の混濁液を送液する用途、及び混濁液から濁質を分離する混濁液処理や浄水処理等を行う用途に好適な構成を有する。実施の形態１の混濁液送液分離装置及び方法は、その送液及び分離を行う送液分離工程において、混濁液を、濁質が濃縮された濃縮液と、それ以外の濁質をあまり含まない清澄液とに分離する。分離後の清澄液とは、混濁液送液分離装置に供給された元の混濁液よりも、体積あたりの液中の濁質数が少なくなった液を指す。また、分離後の濃縮液とは、混濁液送液分離装置に供給された元の混濁液よりも、体積あたりの液中の濁質数が多くなった液を指す。
【００１７】
［混濁液送液分離システム］
図１は、本発明の実施の形態１の混濁液送液分離装置１０を含む、混濁液送液分離システムの構成をＸＹ平面で示す。図１の混濁液送液分離システムは、送液タンク１と、混濁液送液分離装置１０と、清澄液排出部７と、濃縮液排出部８とを有し、それらが接続されている。送液タンク１の後段に混濁液送液分離装置１０が接続され、混濁液送液分離装置１０の後段に清澄液排出部７及び濃縮液排出部８が並列に接続されている。
【００１８】
混濁液送液分離装置１０は、混濁液６を送液しながら混濁液６の濁質を分離する処理を行う装置である。混濁液送液分離装置１０は、複数の種類のユニットの接続により構成される。混濁液送液分離装置１０は、給液ユニット２と、送液分離部９と、制御部５と、排出ユニット４とを有し、それらが接続されている。送液分離部９は、連結される複数の送液分離ユニット３を有する。送液分離ユニット３の数をＭとし、数Ｍは２以上である。複数の送液分離ユニット３は、供給側から順に、送液分離ユニット３−１、送液分離ユニット３−２、……、送液分離ユニット３−Ｍを有する。
【００１９】
なお、図１で、説明上の方向及び座標系として、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。Ｘ方向及びＹ方向は、水平方向及び水平面を構成する直交する２つの方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。図１では、システム全体をＸ方向及びＹ方向により構成されるＸＹ平面で示している。また、１つの送液分離ユニット３でみた場合の方向及び座標系を（ｘ，ｙ，ｚ）で示す。ｘ方向及びｙ方向は、水平方向及び水平面を構成する直交する２つの方向であり、ｚ方向は鉛直方向である。
【００２０】
送液タンク１は、混濁液６が溜められた混濁液蓄積部である。送液タンク１と給液ユニット２は、接続部を通じて接続されている。接続部は、開閉可能なバルブ等を含む。接続部のバルブを開状態とすることで、送液タンク１内の混濁液６が給液ユニット２へ流れる。なお、接続部を設けずに、送液タンク１のＺ方向上から混濁液６を入れてそのまま給液ユニット２へ流す構成としてもよい。送液タンク１は、外部システムと接続されてもよい。混濁液６は、水等の媒質に１種類以上の濁質が分散して含まれている液である。
【００２１】
給液ユニット２は、混濁液６を送液分離部９へ供給するための混濁液供給部である。方向ａ１は、給液ユニット２内を混濁液６が流れる方向を示し、Ｙ方向に対応している。給液ユニット２内を流れる混濁液６は、接続部を通じて、送液分離部９の第１送液分離ユニットである送液分離ユニット３−１内へ流れる。給液ユニット２の詳しい構成は、図７で後述する。
【００２２】
送液分離部９は、複数の送液分離ユニット３の連結により、混濁液６が送液される流路が構成されている。送液分離部９の複数の送液分離ユニット３は、階段形状に配置されている。送液分離部９の流路内で混濁液６が送液されると共に、混濁液６中の濁質がＺ方向で分離される。方向ｆ１は、送液分離ユニット３内を混濁液６が流れる概略的な送液方向を示し、Ｙ方向に対応している。複数の送液分離ユニット３は、同じ種類のユニットであり、形状等が同じである。
【００２３】
送液分離部９の第１送液分離ユニットである送液分離ユニット３―１の供給口は、接続部を通じて、給液ユニット２と接続されている。送液分離ユニット３―１の排出口は、接続部を通じて、第２送液分離ユニットである送液分離ユニット３−２の供給口と接続されている。送液分離部９の最終段の送液分離ユニットである送液分離ユニット３―Ｍの排出口は、接続部を通じて、排出ユニット４と接続されている。送液分離ユニット３―１及び送液分離ユニット３―Ｍ以外の各々の送液分離ユニット３は、排出口が、接続部を通じて、次段の送液分離ユニット３の供給口と接続されている。また、複数の送液分離ユニット３の各々の送液分離ユニット３の超音波振動素子３５は、信号線を通じて、制御部５と電気的に接続されている。
【００２４】
制御部５は、送液分離部９の複数の送液分離ユニット３を制御する部分であり、信号駆動部５１を含む。制御部５は、例えばＬＳＩ基板等により構成可能である。信号駆動部５１は、送液分離ユニット３の超音波振動素子３５から超音波を発生させるための駆動信号を生成し、その駆動信号を、信号線を通じて超音波振動素子３５へ供給する。実施の形態１では、制御部５は、複数の各々の送液分離ユニット３の超音波振動素子３５を、同じ駆動信号を用いて同時に駆動する。
【００２５】
排出ユニット４は、送液分離部９から排出された、分離された混濁液６である分離液を排出及び最終分離するための混濁液排出部である。方向ｂ１は、排出ユニット４内を混濁液６が流れる方向を示し、Ｙ方向に対応している。排出ユニット４は、分離液を、清澄液と濃縮液とに最終分離して排出する。排出ユニット４の詳しい構成は、図８で後述する。排出ユニット４は、清澄液排出部７に清澄液を排出し、濃縮液排出部８に濃縮液を排出する。
【００２６】
清澄液排出部７は、排出ユニット４から排出された清澄液が蓄積または排出される部分である。濃縮液排出部８は、排出ユニット４から排出された濃縮液が蓄積または排出される部分である。清澄液排出部７及び濃縮液排出部８は、外部システムと接続されてもよい。
【００２７】
混濁液送液分離装置１０を構成する各ユニットには、ユニット間を接続するための接続部、例えば送液分離ユニット３間を接続する接続部３８を有する。接続部は、例えば配管の端部のフランジにおけるねじ止め等の手段により構成可能であり、限定しない。また、接続部は、流体の流れを調整するための開閉可能なバルブ等の手段を備えてもよい。
【００２８】
送液分離部９の複数の送液分離ユニット３は、混濁液送液分離システムに要求される分離性能に応じた数Ｍが設けられる。この数Ｍは、必要に応じて増減の調整が可能である。この数Ｍは、混濁液送液分離システムが設けられる空間の大きさ等の都合に応じて調整が可能である。送液分離ユニット３の数を増加した場合、送液分離部９の配置スペースが増える代わりに、全体的な分離性能を増加できる。送液分離ユニット３の数を減少した場合、全体的な分離性能が減少する代わりに、送液分離部９の配置スペースを減らすことができる。混濁液送液分離システムを一旦構築した後でも、送液分離ユニット３の増減により分離性能を変更できる。実施の形態１によれば、送液分離ユニット３の数Ｍの調整により、従来システムでは実現できなかった、分離性能や空間都合に合わせた柔軟なシステム構築等が実現できる。
【００２９】
送液分離ユニット３の増減の際には、ユニット間の接続部の接続状態が変更される。増加の場合、所望のユニット間に、追加する送液分離ユニット３が接続される。例えば、送液分離ユニット３−Ｍと排出ユニット４との間の各接続部の接続状態が解除され、それらの間の位置に、追加の（Ｍ＋１）段目の送液分離ユニット３が接続される。減少の場合、所望のユニット間の送液分離ユニット３が取り外され、その前後のユニットが接続される。例えば、送液分離ユニット３−Ｍとその前後のユニットとの間の各接続部の接続状態が解除されて送液分離ユニット３−Ｍが取り外され、その前後のユニットが接続部を通じて接続される。
【００３０】
送液分離ユニット３毎に保守交換が容易に可能である。その際には、例えば、保守の場合、送液分離部９での送液等を停止して排出した状態としてから、対象の送液分離ユニット３の前後のユニット間との接続部の接続状態が解除され、対象の送液分離ユニット３が取り外される。対象の送液分離ユニット３の保守作業後、その送液分離ユニット３が、元の位置に再度接続される。また、故障した一部の送液分離ユニット３を交換する場合、対象の送液分離ユニット３が取り外され、その位置に、交換する新たな送液分離ユニット３が接続される。一部のユニットの故障等により送液分離処理が停止した場合でも、代替ユニットの接続により、送液分離処理を長時間停止すること無く再開することができる。
【００３１】
混濁液送液分離システムは、混濁液送液分離装置１０によって混濁液６を送液しつつ高効率に濁質を分離することができ、清澄液及び濃縮液として排出することができる。そのため、この混濁液送液分離システムは、従来システムのような大きな浄化槽等の具備が不要であり、省スペースで実現できる。
【００３２】
［送液分離方法］
実施の形態１の混濁液送液分離方法は、図１の混濁液送液分離装置１０で行われるステップとして以下を有する方法である。実施の形態１の混濁液送液分離方法は、給液ユニット２により混濁液６を送液分離部９に供給するステップと、送液分離部９の流路で混濁液６を送液しながら、超音波により混濁液６の濁質が捕捉されて鉛直方向で分離されるステップと、送液分離部９から排出された、ｚ方向で濁質が分離された分離液である混濁液６を、清澄液と濃縮液に分けて排出するステップと、を有する。
【００３３】
［送液分離ユニット（１）］
図２は、送液分離ユニット３の構造をｘ方向及びｙ方向により構成されるｘｙ断面で示す。図２では、送液分離ユニット３でみた座標系である（ｘ，ｙ，ｚ）として、送液分離ユニット３の長手方向を第１方向であるｘ方向としており、ｘ方向に直交する方向を第２方向であるｙ方向としている。第３方向であるｚ方向は、Ｚ方向と同じく鉛直方向である。
【００３４】
送液分離ユニット３は、混濁液６が送液され超音波が照射される流路となる空洞構造体を有する。空洞構造体は、内部が空洞である構造体であり、特有の形状を持たせた配管である。送液分離ユニット３は、空洞構造体の側面部３０、第１平面部３１、第２平面部３２、供給口３３、排出口３４、超音波振動素子３５、接続部３８ａ、接続部３８ｂを有する。送液分離ユニット３は、空洞構造体における水平方向のうちのｘ方向に延在する側面部３０と、水平方向のうちのｙ方向に延在して対向する２つの平面部である第１平面部３１及び第２平面部３２と、を有する。送液分離ユニット３は、（ｘ，ｙ，ｚ）の座標空間において、長手方向に対応する側面部３０がｘ方向に沿って配置され、第１平面部３１及び第２平面部３２がｙ方向に沿って配置されている。
【００３５】
側面部３０は、ｙ方向の一方の上流側である第１側面部３０ａと、ｙ方向の他方の下流側である第２側面部３０ｂとを含む。第１側面部３０ａには、混濁液６が供給される供給口３３が設けられている。第２側面部３０ｂには、混濁液６が排出される排出口３４が設けられている。供給口３３は、ｙ方向で混濁液６を空洞構造体内に供給する。排出口３４は、ｙ方向で空洞構造体内から混濁液６を排出する。
【００３６】
供給口３３の外側の近くには、接続部３８ａが設けられている。排出口３４の外側の近くには、接続部３８ｂが設けられている。接続部３８ａ及び接続部３８ｂは、前述のフランジ及びねじ止め等の手段により、他のユニットの接続部と接続可能となっている。また、接続部３８ａ及び接続部３８ｂは、前述のバルブ等を備えてもよい。例えば、送液分離ユニット３−１の供給口３３の接続部３８ａは、給液ユニット２の接続部と接続される。送液分離ユニット３−１の排出口３４の接続部３８ｂは、送液分離ユニット３−２の供給口３３の接続部３８ａと接続される。送液分離ユニット３−Ｍの排出口３４の接続部３８ｂは、排出ユニット４の接続部と接続される。接続部を通じて複数の送液分離ユニット３の空洞構造体が連結され、連続する流路が構成される。
【００３７】
第１平面部３１及び第２平面部３２の２つの平面部は、ｘ方向で対向する組であり、閉口したｙｚ平面を持つ。ｘ方向の一方の平面部を第１平面部３１、他方の平面部を第２平面部３２としている。
【００３８】
送液分離ユニット３は、第１平面部３１と第２平面部３２との少なくとも一方、実施の形態１では第１平面部３１に、超音波振動部を有する。超音波振動部は、駆動信号に基づいて超音波を流路に発生させて混濁液６に照射する部分であり、超音波振動素子３５を有する。超音波振動素子３５は、信号線を通じて制御部５と接続されている。
【００３９】
第１平面部３１の外側に、超音波振動素子３５が、第１平面部３１及び第２平面部３２と平行に固定されている。超音波振動素子３５は、ｙｚ平面を持つ平板形状を有する。超音波振動素子３５が設けられた第１平面部３１は超音波発生部として機能し、第２平面部３２は超音波反射部として機能する。超音波振動素子３５は、例えば、枠部が第１平面部３１の枠部に固定されている。
【００４０】
制御部５は、超音波振動素子３５に駆動信号Ｅ１を供給して超音波振動素子３５を駆動する。超音波振動素子３５は、供給された駆動信号Ｅ１に基づいて振動し、空洞構造体の流路に超音波を発生し、その超音波を流路の混濁液６に照射する。超音波振動素子３５の振動に伴って第１平面部３１も振動する。
【００４１】
送液分離部９では、送液分離ユニット３の流路で混濁液６が送液されながら、超音波により混濁液６の濁質が捕捉されて鉛直方向であるｚ方向で分離される。その分離された混濁液６が送液分離部９から排出される。
【００４２】
方向ｃ１は、前段のユニットである供給ユニット２または送液分離ユニット３からの混濁液６が供給口３３を通過して供給される際の概略的な流れの方向を示し、ｙ方向に対応している。方向ｃ２は、内部の混濁液６が排出口３４を通過して後段のユニットである排出ユニット４または送液分離ユニット３へ排出される際の概略的な流れの方向を示し、同じくｙ方向に対応している。
【００４３】
送液分離ユニット３のｘ方向またはｙ方向と、混濁液６が供給口３３から排出口３４へ送液される際の供給口３３の中心点と排出口３４の中心点とを結ぶ直線に対応する送液の方向ｆ１とが成す角度を、第１角度とする。第１角度は鋭角である。
【００４４】
［送液分離ユニット（２）］
図３等を用いて、送液分離ユニット３について詳しく説明する。図３は、送液分離ユニット３の超音波による音場や、概略的な送液方向を、図２と同じくｘｙ断面で示す。供給口３３の中心点をＰａ、排出口３４の中心点をＰｂとして示す。送液分離ユニット３の空洞構造体内では、混濁液６の概略的な送液方向として方向ｆ１の流れを有する。方向ｆ１は、供給口３３の中心点Ｐａから排出口３４の中心点Ｐｂを結ぶ直線の方向に対応している。実施の形態１では、送液分離ユニット３は、方向ｆ１が形成されるように、空洞構造体の形状や、供給口３３及び排出口３４の位置が設計されている。
【００４５】
送液ユニット３の上流側の第１側面部３０ａの供給口３３から、空洞構造体内に、混濁液６が流入する。流入した混濁液６は、空洞構造体内を、主に方向ｆ１に沿って流れ、下流側の第２側面部３０ｂの排出口３３から排出される。
【００４６】
超音波振動素子３５は、電気信号である駆動信号Ｅ１を受けて駆動され、振動により超音波を発生する。言い換えると、超音波振動素子３５は、電気信号を超音波振動に変換し、第１平面部３１を通じて空洞構造体内の流路に超音波を発生させる。その超音波は、空洞構造体内の流路を送液される混濁液に対して全体的に照射される。この超音波は、所定の高い振動周波数を持つ音波である。第１平面部３１を通じて発生した超音波は、空洞構造体内でｘ方向に対応する超音波伝播方向３０１へ伝播する。更に、ｘ方向で第２平面部３２へ向かって伝播した超音波は、第２平面部３２で第１平面部３１の方向へ反射される。この超音波により、空洞構造体内の流路には、ｘ方向に沿った強い定在波が形成される。その定在波は、超音波振動素子３５の固有周波数に応じた音場となる。
【００４７】
この定在波による音場においては、図３の右側に示すように、ｘ方向に、節３０１と腹３０２とが周期的に発現する。節３０１は、音圧が高い領域である。腹３０２は、音圧が低い領域である。節３０１と腹３０２との間隔は、超音波の固有周波数に応じた距離となる。節３０１と腹３０２との間隔を距離Ｄ１で示す。節３０１同士や腹３０２同士の間隔を距離Ｄ２で示す。
【００４８】
上記定在波による音場が形成された空洞構造体の流路に混濁液６が流れる。その際、流路を流れる混濁液６に含まれている濁質は、その定在波における節３０１や腹３０２の位置に捕捉されて、鉛直方向で分離される。詳しくは、節３０１と腹３０２との距離Ｄ１よりも十分小さな濁質が存在する場合、その濁質は、その物性値に応じて、節３０１または腹３０２へ向かう力を受ける。これにより、その濁質は、節３０１または腹３０２の位置に捕捉される。捕捉された濁質は、主に分子間力により凝集する。上記捕捉の位置は、空洞構造体の音場が形成される領域の全体に含まれている。
【００４９】
補足された濁質は、凝集して一定の大きさになると、自身の浮力によってｚ方向上方に向けて浮上するか、または自身の自重によってＺ方向下方に向けて沈降する。浮上した場合の濁質は、空洞構造体の側面部３０のうちの上側面部（図５の上面部３０ｃ）に達する。沈降した場合の濁質は、空洞構造体の側面部３０のうちの下側面部（図５の下面部３０ｄ）に達する。例えば、混濁液６の濁質の密度が媒質よりも大きい場合には、凝集して自重が大きくなるため、ｚ方向下方へ沈降する。実施の形態１では、そのような沈降する特性の濁質を含む混濁液６を対象として分離する場合に対応した構成を有する。
【００５０】
送液分離ユニット３の流路内で超音波が照射された混濁液６は、上記捕捉の作用を通じて、濁質が空洞構造体の下面部に沈降するように分離される。そのため、混濁液６は、送液分離ユニット３の排出口３４から外へ排出される時点では、ｚ方向下部の濁質よりも、ｚ方向上部の濁質の方が、体積あたりの濁質の数が相対的に少なくなっている。即ち、ｚ方向の上下において濁質が分離されている。この分離の度合いは、複数の送液分離ユニット３を順次に経由するほどに進む。複数の送液分離ユニット３を経由後、濁質がｚ方向下方に集中するように分離された混濁液６が排出される。
【００５１】
混濁液６は、空洞構造体の流路内を、概略的な送液方向である方向ｆ１に流れ、その際、音場の節３０１や腹３０２を通過する。ｘ方向に対応する超音波伝播方向３０１と、送液の方向ｆ１とが成す第１角度は鋭角である。方向ｆ１に沿った中心点Ｐａと中心点Ｐｂとの間の直線は、複数の節３０１や腹３０２を通過する。方向ｆ１において通過する節３０１や腹３０２の数が多いほど、濁質が補足される影響が強くなるので、濁質の分離性能が高くなる。方向ｆ１において通過する節３０１や腹３０２の数は、設計及び計算可能である。空洞構造体の形状や、超音波の発生の特性や制御に応じて、音場の節３０１や腹３０２の間隔が決まるので、その間隔から通過数を計算可能である。
【００５２】
［送液分離ユニット（３）］
図４は、送液分離ユニット３の詳細な送液方向の例をｘｙ断面で示す。送液分離ユニット３の空洞構造体内の流路では、混濁液６の送液の際、空洞構造体の形状や流速等に応じて、詳細な送液方向、流れの分布が形成される。図４では、詳細な送液方向の例のうちの一部の流れを矢印で簡易的に示している。供給口３３の流れの方向ｃ１であるｙ方向に基づいて、空洞構造体に流入した混濁液６は、その先の第２側面部３０ｂで遮られ、流れ４０１の例のように曲がる。即ち、第１平面部３１から第２平面部３２へ向かうｘ方向の流れ４０２ができる。その流れ４０２は、その先の第２平面部３２で遮られ、流れ４０３の例のように、排出口３４へ向かうｙ方向へ曲がる。その流れは、排出口３４の流れの方向ｃ２となる。特に、流れ４０２のようなｘ方向の流れは、図３の音場の節３０１や腹３０２を多く通過する。
【００５３】
［送液分離ユニット（４）］
図５は、送液分離ユニット３の構成を斜視で示す。実施の形態１の送液分離ユニット３の空洞構造体は、長方体の形状を有する。空洞構造体及び超音波振動素子３５において、ｘ方向における各ｙｚ断面の形状が同じである方が、効率的な音場の形成の観点からは好ましい。実施の形態１では、そのｘ方向における各ｙｚ断面の形状は殆ど同じ矩形である。第１平面部３１及び第２平面部３２は、矩形のｙｚ平面を有する。超音波振動素子３５は、第１平面部３１と殆ど同じである矩形のｙｚ平面を有する。
【００５４】
送液分離ユニット３の空洞構造体の形状は、長方体に限らず可能であり、他の実施の形態として円筒形状等でもよい。送液分離ユニット３の空洞構造体は、例えば金属製あるいは樹脂製の配管により構成可能であるが、これに限らず、他の材料により構成されてもよい。
【００５５】
図５で、側面部３０は、長方体の長手方向に延在する４つの側面部を有し、ｘｚ平面を持つ第１側面部３０ａ及び第２側面部３０ｂと、ｘｙ平面を持つ上面部３０ｃ及び下面部３０ｄとを有する。第１側面部３０ａには、ｘ方向で第１平面部３１寄りの位置及び領域に、供給口３３が設けられている。第２側面部３０ｂには、ｘ方向で第２平面部３２寄りの位置及び領域に、排出口３４が設けられている。供給口３３は、中心点Ｐａを中心とした矩形の開口を有する。排出口３４は、中心点Ｐｂを中心とした矩形の開口を有する。供給口３３及び排出口３４の形状は、矩形の開口に限らず、円形等の開口としてもよい。
【００５６】
［送液分離ユニット（５）］
図６は、送液分離ユニット３の寸法等の構成をｘｙ断面で示す。空洞構造体の長手方向及び長軸方向に対応したｘ方向における側面部３０の長さを、幅Ｈｘで示す。幅Ｈｘは、第１平面部３１の位置ｘ１から第２平面部２の位置ｘ２までの長さである。位置ｘｃは、ｘ方向の幅Ｈｘの中心を示す。また、短軸方向に対応したｙ方向における、第１平面部３１及び第２平面部３２の長さを、幅Ｈｙで示す。超音波振動素子３５の幅も幅Ｈｙと殆ど同じである。幅Ｈｙは、第２側面部３０ｂの位置ｙ１から第１側面部３０ａの位置ｙ２までの長さである。位置ｙｃは、ｙ方向の幅Ｈｙの中心を示す。
【００５７】
第１側面部３０ａの供給口３３の中心点Ｐａの位置を、位置ｘａで示す。供給口３３のｘ方向の幅を、幅Ｈｘａで示す。幅Ｈｘａは、位置ｘａ１から位置ｘａ２までの長さである。第２側面部３０ｂの排出口３４の中心点Ｐｂの位置を、位置ｘｂで示す。排出口３４のｘ方向の幅を、幅Ｈｘｂで示す。幅Ｈｘｂは、位置ｘｂ１から位置ｘｂ２までの長さである。供給口３３の幅Ｈｘａの領域は、位置ｘｃよりも左にあり、排出口３４の幅Ｈｘｂの領域は、位置ｘｃよりも右にある。
【００５８】
送液分離ユニット３の空洞構造体の長軸方向及び超音波伝播方向３０１に対応するｘ方向と、概略的な送液の方向ｆ１とは、必ず、角度θ１を成している。ｘ方向は、側面部３０の供給口３３や排出口３４の開口面を含む方向とも対応している。また、空洞構造体の第１平面部３１及び第２平面部３２、方向ｃ１及び方向ｃ２に対応するｙ方向と、概略的な送液の方向ｆ１とは、必ず、角度θ２を成している。ｙ方向は、超音波振動素子３５の振動面や超音波の節や腹の面を構成する方向とも対応している。角度θ１及び角度θ２は鋭角である。言い換えると、概略的な送液の方向ｆ１は、ｘ方向及びｙ方向とは異なる方向であり、混濁液６の入出の方向ｃ１，ｃ２に対して斜めの方向である。
【００５９】
空洞構造体のｘｙ断面において、供給口３３の中心点Ｐａと、排出口４４の中心点Ｐｂとを結ぶ直線を直線Ｌ１で示す。概略的な流れの方向ｆ１は、この直線Ｌ１上にある。角度θ１は、長軸方向の側面部３０及び超音波伝播方向３０１に対応するｘ方向と、直線Ｌ１に対応する方向ｆ１とが成す鋭角の角度を示す。角度θ２は、流入の方向ｃ１及び流出の方向ｃ２や短軸方向に対応するｙ方向と、直線Ｌ１に対応する方向ｆ１とが成す鋭角の角度を示す。なお、角度の単位は°［度］で示す。（θ１＋θ２）＝９０°である。
【００６０】
また、空洞構造体のｘｙ平面の矩形の対角における一方の点をＰｃ、他方の点をＰｄとする。点Ｐｃと点Ｐｄとを結ぶ対角線がある。角度θ０は、ｘ方向とその対角線とが成す角度を示す。対角線の長さや角度θ０は、幅Ｈｘ及び幅Ｈｙから決まる。
【００６１】
幅Ｈｘは、前述のように、濁質を捕捉可能な音場、定在波を形成するためには、最大長さに所定の限界がある。幅Ｈｘが大きすぎる場合、濁質を捕捉可能な音場が形成できない。幅Ｈｘに関する上限値を、幅Ｈｇとする。幅Ｈｘは幅Ｈｇ以下である（Ｈｘ≦Ｈｇ）。
【００６２】
また、ｘ方向において、供給口３３の中心点Ｐａの位置ｘａと、排出口３４の中心点Ｐｂの位置ｘｂとの間の距離を、距離Ｈａｂで示す。送液分離ユニット３は、送液の方向ｆ１の形成に対応して、この距離Ｈａｂを必ず有する（Ｈａｂ＞０）。送液分離ユニット３の入出の流れの方向ｃ１及び方向ｃ２は、距離Ｈａｂでのずれを有する。
【００６３】
実施の形態１で、送液分離ユニット３の構成条件は、以下の式で示す構成条件を含む。
θ０＜θ１＜９０°      ・・・（１）
０°＜θ２＜（９０°−θ０）      ・・・（２）
０＜Ｈａｂ＜Ｈｘ≦Ｈｇ      ・・・（３）
Ｈｘ＜Ｈｙ      ・・・（４）
【００６４】
式（１），（２）の条件について、言い換えると以下である。角度θ１及び角度θ２は鋭角である。角度θ１の上限値は９０°よりも小さい角度である（θ１＜９０°）。角度θ１の下限値は角度θ０よりも大きい角度である（θ０＜θ１）。式（１）に対して式（２）の条件は、角度θ２を用いた言い換えである。式（１）の条件により、ｘ方向に対する角度θ１を持つように概略的な流れの方向ｆ１が形成される。式（２）の条件により、ｙ方向に対する角度θ２を持つように概略的な流れの方向ｆ１が形成される。
【００６５】
式（３）の条件は、供給口３３と排出口３４とのｘ方向の位置関係を表す距離Ｈａｂに関する条件である。供給口３３と排出口３４は、ｘ方向で中心点及び中心軸の位置がずれた状態で配置されている。よって、位置ｘａと位置ｘｂとの間の距離Ｈａｂが生じる。距離Ｈａｂは、０よりも大きく、幅Ｈｘよりも小さい。
【００６６】
式（４）の条件は、空洞構造体の形状として幅Ｈｘが幅Ｈｙよりも大きいことである。この条件は、供給口３３等を設ける側面部３０を長軸方向とし、超音波振動素子３５を設ける第１平面部３１等を短軸方向とする条件である。
【００６７】
上記条件を満たす角度等を用いて、方向ｆ１の流れを形成するように、送液分離ユニット３の空洞構造体の内部領域の寸法を含む寸法等が設計されている。なお、ｚ方向の高さ寸法については、濁質の捕捉後の分離を可能とするのに十分な高さがあればよく、特に限定しない。
【００６８】
なお、実施の形態１では、図６のｘ方向において、超音波振動素子３５から超音波を発生する側である左側寄りに供給口３３を設け、反対の右側寄りに排出口３４を設けている。これに限らず、変形例としては、ｘ方向で右側寄りに供給口３３を設け、左側寄りに排出口３４を設けた形態としてもよい。また、第１平面部３１ではなく第２平面部３２に超音波振動素子３５を設けた形態としてもよい。
【００６９】
また、実施の形態１では、図６のｘ方向において、中心の位置ｘｃよりも左側に供給口３３の幅Ｈｘａ及び位置ｘａ２が設けられ、右側に排出口３４の幅Ｈｘｂ及び位置ｘｂ１が設けられている。これに限らず、変形例としては、距離Ｈａｂを持つ条件で、中心の位置ｘｃが含まれるように幅Ｈｘａや幅Ｈｘｂが設けられた形態としてもよい。
【００７０】
また、実施の形態１では、供給口３３の開口面積と排出口３４の開口面積とは同じである。これに限らず、変形例として、供給口３３の開口面積と排出口３４の開口面積とを異ならせた形態としてもよい。
【００７１】
［給液ユニット］
図７は、給液ユニット２の構成をＺＹ断面で示す。給液ユニット２は、Ｙ方向で、主要な配管２０の途中に、薬剤供給部２１、攪拌部２２が順に設けられている。薬剤供給部２１の排出口２１２と、攪拌部２２の供給口２２１とが接続されており、流路として連結されている。送液タンク１からの混濁液６が薬剤供給部２１に流入する。攪拌部２２から流出した混濁液６は、送液分離ユニット３−１の供給口３３に送液される。
【００７２】
薬剤供給部２１は、供給口２１１、排出口２１２、薬剤供給器２１３を有する。薬剤供給器２１３は、配管２０の流路内に、薬剤２１４を供給する。送液タンク１からの混濁液６は、供給口２１１から流入し、薬剤２１４が添加、混合された混濁液６となり、排出口２１２から流出する。薬剤２１４は、混濁液６の濁質の凝集促進や、ｐＨ等の水質調整等を目的としたものである。
【００７３】
攪拌部２２は、供給口２２１、排出口２２２、モータ２２３、攪拌翼２２４を有する。モータ２２３は、連結されている攪拌翼２２４を旋回させる。これにより、薬剤２１４を含む混濁液６の撹拌機能が実現される。薬剤供給部２１からの薬剤２１４が混合された混濁液６は、供給口２２１から流入し、撹拌されて、排出口２２２から流出する。
【００７４】
送液分離部９で超音波処理を行う前に、給液ユニット２で薬剤２１４の供給及び混濁液６の撹拌の処理を行うことにより、濁質の分離時間を短縮することができる。また、それにより、通常では分離が困難である数百ｎｍ径の濁質を凝集させることも可能となる。このような給液ユニット２を用いることにより、混濁液６の分離をより効率的に実現できる。
【００７５】
また、薬剤供給部２１や撹拌部２２の各供給口や排出口には、接続及び解除が可能な接続部が設けられてもよい。即ち、薬剤供給部２１や撹拌部２２は、それぞれ必要に応じて接続が可能な機能ユニットとして設けられてもよい。その場合、各機能ユニット毎の保守交換が可能である。
【００７６】
実施の形態１では、送液分離部９の前後に給液ユニット２及び排出ユニット４を設けた構成である。給液ユニット２及び排出ユニット４は、他の機能を持つユニットとしてもよい。変形例では、給液ユニット２は、薬剤供給部及び撹拌部を持たないユニットとしてもよい。また、給液ユニット２と排出ユニット４の少なくとも一方に、送液分離部９の混濁液６の送液の際の流速等を調整するための駆動部を設けてもよい。その駆動部は、例えばポンプ等により構成可能である。
【００７７】
［排出ユニット］
図８は、排出ユニット４の構成をＺＹ断面で示す。排出ユニット４は、主要な配管である分液部４０、受入口４１、接続部４２、濃縮液排出口４３、清澄液排出口４４、間仕切り板４５を有する。分液部４０の受入口４１には接続部４２が設けられ、前段の送液分離ユニット３−Ｍの排出口３４の接続部３８ｂと接続される。分液部４０のＹ方向の下流側には、間仕切り板４５が、分液部４０のＺ方向の底面から直立するように設けられており、そのＺ方向上方の一部が開口している。分液部４１のＺ方向の底面の所定領域には、間仕切り版４５を境に、上流側に濃縮液排出口４３が、下流側に清澄液排出口４４が設けられている。
【００７８】
送液分離ユニット３−Ｍの排出口３４から排出された混濁液６である分離液は、排出ユニット４の接続部４２及び受入口４２を通じて内部に供給されてＹ方向に流れる。方向ｂ１は、その分離液の流れを示す。方向ｂ１１は、その分離液の流れのうち、濁質が少ないＺ方向上部の流れを示し、方向ｂ１２は、濁質が多いＺ方向下部の流れを示す。
【００７９】
分液部４０内において、分離液は、間仕切り板４５によって遮られて、Ｚ方向上部の成分とＺ方向下部の成分とに分離される。即ち、方向ｂ１１で示す濁質をあまり含まないＺ方向上部の成分は、間仕切り板４５を超えてその先の領域に送液され、その領域の底面の清澄液排出口４４を通じて清澄液として分離排出される。その清澄液が清澄液排出部７に供給される。また、他方、方向ｂ１２で示す濁質を多く含むＺ方向下部の成分は、間仕切り板４５を超えられず、手前の領域の底面の濃縮液排出口４３を通じて濃縮液として排出される。その濃縮液が濃縮液排出部８に供給される。このように、排出ユニット４では、分離液が、濁質を多く含む濃縮液と、濁質を殆ど含まない清澄液とに最終分離される。
【００８０】
なお、分離対象の濁質の特性に応じて、間仕切り板４５や排出口が設計されている。実施の形態１では、前述のように濁質は沈降する特性であるため、間仕切り板４５のＺ方向上方の一部が開口している。濁質が浮上する特性である場合、分液部４０の間仕切り板４５は、Ｚ方向下方が開口となるように設計され、分液部４０のＺ方向上面にそれぞれの排出口が設けられる。分液部４０の間仕切り板４５は、長さや位置が調節可能な機構を有してもよい。
【００８１】
［実験］
図９は、送液分離ユニットの実験モデルを示す。発明者は、この実験モデルに対応する装置を用いて実験及び評価を行った。その実験及び評価結果に基づいて、実施の形態１の送液分離ユニット３の構成や混濁液処理の効果と、実施の形態１に対する比較例の送液分離ユニットの構成や効果とについて比較説明する。
【００８２】
実施の形態１の送液ユニット３は、図９の送液分離ユニット９００の実験モデルに基づいて構成されている。この送液分離ユニット９００は、空洞構造体の長軸方向の側面部９３０がｘ方向に配置されており、短軸方向がｙ方向に配置されている。対向する２つの平面部では、第１平面部に超音波振動素子９３５が設置され、第２平面部に反射板９３６が設置されている。超音波振動素子９３５と反射板９３６は、超音波照射部となる空洞構造体の流路を挟むように、ｘ方向で両端に配置されている。超音波振動素子９３５から発生した超音波は、ｘ方向に対応する伝播方向９０１で伝播し、反射板９３６で反射される。これにより、空洞構造体の流路に、節及び腹を持つ音場が形成される。
【００８３】
空洞構造体の内部の流路の領域における、ｘ方向の長さを幅Ｌ、ｙ方向の内径を幅φで示す。実験モデルでは、幅Ｌを１５０ｍｍ、幅φを２０ｍｍとした。
【００８４】
側面部９３０におけるｘ方向の一方端、図９の左側の位置には、供給口９１０が設けられており、供給口９１０から混濁液サンプルが流入される。また、ｙ方向で反対側の側面部９３０において、ｘ方向の一方端、供給口９３３と対応する位置には、第１排出口９１１が設けられており、ｘ方向の他方端、図９の右側の位置には、第２排出口９１２が設けられている。
【００８５】
上記実験モデルで、第１排出口９１１の栓を開いた状態、かつ、第２排出口９１２の栓を閉じた状態にした場合を第１状態とする。第１状態の送液分離ユニットを、比較例とする。逆に、第１排出口９１１の栓を閉じた態、かつ、第２排出口９１２の栓を開いた状態にした場合を第２状態とする。第２状態の送液分離ユニットが、実施の形態１の送液分離ユニット３のモデルである。
【００８６】
上記実験モデルを用いて、第１状態での第１実験と、第２状態での第２実験とを行った。第１実験で第１排出口９１１から排出される第１混濁液サンプルと、第２実験で第２排出口９１２から排出される第２混濁液サンプルとを比較した。
【００８７】
第１状態の第１実験では、供給口９１０から供給された混濁液サンプルの一部は、方向９２１で示すように、そのままｙ方向で直進して第１排出口９１１へ流れる。この方向９２１は、超音波の伝播方向９０１に対して直交する９０°の方向であり、音場の節や腹を通過する数が少ない。一方、第２状態の第２実験では、供給口９１０から供給された混濁液サンプルは、方向９２２で示すように、ｙ方向の流れは、ｘ方向に曲がり、ｘ方向に沿って送液され、端部でｙ方向に曲がり、第２排出口９１２へ流れる。この方向９２２は、超音波の伝播方向９０１に沿った部分を含んでおり、音場の節や腹を通過する数が相対的に多い。
【００８８】
本実験で用いた混濁液サンプルとしては、水道水にアルミナ粒子を混合した混濁液を用いた。アルミナ粒子の平均粒径を５μｍ、添加量を２８ｍｇ／Ｌとした。供給口９１０から混濁液サンプルを流量として０．２５ｍＬ／分で供給した。実験モデルの超音波振動素子９３５は、共振周波数を２．２６ＭＨｚとし、１５０Ｖの電圧の駆動信号９４０で駆動させて流路に超音波を発生させた。その超音波を、流路内を送液されている混濁液サンプルに照射した。第１排出口９１１からの第１混濁液サンプル、及び、第２排出口９１２からの第２混濁液サンプルについて、それぞれ、濁度計を用いて、濁度を計測した。
【００８９】
上記共振周波数の場合、超音波の節と腹の間隔は約０．３ｍｍである。空洞構造体のｘ方向においては、上記節と腹の間隔で複数のｙｚ面が存在し、それらの節及び腹のｙｚ面で混濁液サンプル中のアルミナ粒子が捕捉される。
【００９０】
図１０は、上記実験及び評価結果として、各状態の濁度を示す。（ａ）は、供給口９１０の供給前の混濁液サンプルの濁度を示す。（ｂ）は、実施の形態１に対応する、第１排出口９１１からの第１混濁液サンプルの濁度を示す。（ｃ）は、比較例に対応する、第２排出口９１２からの第２混濁液サンプルの濁度を示す。
【００９１】
濁度は、混濁液サンプルの混濁度合い及び透明度合いを表す指標値であり、混濁液サンプル中の濁質であるアルミナ粒子が多いほど高くなり、少ないほど低くなる。濁度が低いことは、透明度が高いことに対応する。実験モデルの送液分離ユニット９００に供給される前に濁度が（ａ）のように１７．３度であった混濁液サンプルは、送液分離ユニット９００の通過により、濁度が低減された。（ｃ）の比較例の場合、第１混濁液サンプルの濁度は１０度まで低減された。一方、（ｂ）の実施の形態１の場合、第２混濁液サンプルの濁度は５度まで低減された。即ち、（ｂ）の実施の形態１の方が、（ｃ）の比較例よりも、濁度がより低減されており、分離性能が高い。
【００９２】
混濁液サンプル中のアルミナ粒子は、空洞構造体内の節や腹の面に捕捉される。そのため、方向９２２のように、節や腹の面を多く通過することで、混濁液サンプルに含まれるアルミナ粒子数は少なくなる。供給口９１０の直線上に配置された、第１排出口９１１から排出された第１混濁液サンプルは、節や腹の面をあまり通過せずに排出される。一方、第２排出口９１２から排出された第２混濁液サンプルは、多くの節や腹の面を通過した後に排出される。そのため、第２混濁液サンプル中のアルミナ粒子数が少なくなり、その濁度が低下する。図１０のように、送液分離ユニットの排出口等の違いによって、排出された混濁液の濁度が異なる結果が得られた。即ち、より多くの節面を通過して排出された、第２混濁液サンプルの方が、第１混濁液サンプルよりも、濁度が低くなった。
【００９３】
このように、超音波照射によって混濁液中の濁質を捕捉及び凝集させる場合に、混濁液の流れの方向が通過する節や腹の面が多くなるように送液分離ユニットを設計することで、分離性能が高くなることがわかった。実施の形態１の混濁液送液分離装置１０の送液分離ユニット３は、図９の流れの方向９２２のモデルに対応させるように、図２等に示す構造で設計されている。これにより、実施の形態１では、図１０の（ｂ）に示されるように、（ｃ）の比較例よりも、濁質の分離性能を上げることができる。また、実施の形態１の混濁液送液分離装置１０では、送液分離部９として送液ユニット３の連結の数Ｍを増やすことで、混濁液が通過する節や腹の面が更に増えるので、混濁液から分離される濁質数を増やすことができる。そのため、単一の送液分離ユニットを用いた装置の場合よりも、送液分離部９により混濁液の分離をより進めることができる。その結果、装置から排出される清澄液を、より清澄にすることができる。
【００９４】
従来例の混濁液濁質分離方法では、空洞構造体を長くすることで、超音波の節や腹の面を増やすことができる。しかし、前述のように、空洞構造体をある程度以上長くすると、超音波振動素子から照射された超音波の一部が水等に吸収されて反対側の反射板まで届かなくなり、節や腹の面を持つ定在波が形成されなくなってしまう。一方、実施の形態１では、送液分離ユニット３の空洞構造体における超音波振動素子３５がある第１平面部３１から第２平面部３２までの距離である幅Ｈｘを、あまり長くせずに、幅Ｈｇ以下に抑えている。実施の形態１では、この幅Ｈｘの制限下において、図３等のように、流れの方向ｆ１を含む構造を設計し、混濁液が通過する節や腹の面の数をなるべく多くしている。更に、図１のように複数の送液分離ユニット３の連結により、送液分離部９の全体の流路で混濁液が通過する節や腹の面の数を増やしている。これにより、実施の形態１では、濁質の分離性能を従来よりも上げることができる。
【００９５】
［効果等］
上記のように、実施の形態１の混濁液送液分離装置１０等によれば、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる。また、実施の形態１によれば、必要な分離性能を容易に省スペースで実現できる。実施の形態１によれば、送液分離部９において混濁液の送液と分離とを同時に実現でき、効率的である。実施の形態１によれば、送液分離ユニット３の増減により必要な分離性能を持つシステムを構築可能である。
【００９６】
実施の形態１の混濁液送液分離装置の変形例として以下が挙げられる。
【００９７】
実施の形態１では、図１のように、送液分離ユニット３の排出口３４の接続部３８ｂと、次段の送液分離ユニット３の供給口３３の接続部３８ａとの間が直接的に接続されている。これに限らず、変形例としては、送液分離ユニット３の排出口３４の接続部３８ｂと、次段の送液分離ユニット３の供給口３３の接続部３８ａとの間に、別の送液ユニットが接続されてもよい。この送液ユニットは、混濁液の送液機能を有し、濁質分離機能を有する必要は無く、送液分離ユニット３とは異なる形状でよい。この送液ユニットは、例えば直線形状の配管でもよい。この送液ユニットは、例えば９０度で折れ曲がる形状や、所定の角度で折れ曲がる形状の配管でもよい。この送液ユニットは、流れの方向を、１８０度等、所定の方向へ変換する形状の配管でもよい。各種の送液ユニットが選択使用可能である。上記送液ユニットを組み合わせて用いる形態の場合、送液分離部９の複数の送液分離ユニット３の配置位置、サイズ、送液方向等を詳細に調整でき、より柔軟なシステム構築が可能である。
【００９８】
変形例として、複数の送液分離ユニット３のうち、初段の送液分離ユニット３−１については、他の送液分離ユニット３とは異なる形状としてもよいし、給液ユニット２と一体化したユニットとしてもよい。また、最終段の送液分離ユニット３−Ｍについては、他の送液分離ユニット３とは異なる形状としてもよいし、排出ユニット４と一体化したユニットとしてもよい。この変形例の場合、送液分離部９の複数の送液分離ユニット３は、形状が異なる複数の種類のユニットを有する。
【００９９】
実施の形態１では、簡便な構成を意図して、１つの制御部５により複数の送液分離ユニット３をまとめて制御する構成としている。これに限らず、送液分離ユニット３毎に個別の制御部が設けられた構成としてもよい。また、送液分離ユニット３毎に制御部が超音波振動素子３５と共に超音波振動部として一体化されて設けられたユニットでもよい。
【０１００】
［変形例（１）］
図１１は、実施の形態１の第１変形例における送液分離ユニット３の構成をｘｙ断面で示す。図１１の構成は、図２等の構成に比べて異なる部分としては、空洞構造体の第１平面部３１の位置に、直接的に超音波振動素子３５が設けられている。この超音波振動素子３５の一方の平面は、空洞構造体の内部の流路に露出している。超音波振動素子３５から発生した超音波は、実施の形態１と同様にｘ方向の超音波伝播方向３０１で伝播する。
【０１０１】
また、ｘ方向で、超音波振動素子３５に対して反対側に対向している第２平面部３２の位置には、反射板３６が設けられている。この反射板３６の一方の平面は、空洞構造体の内部の流路に露出している。超音波伝播方向３０１で伝播した超音波は、反射板３６の一方の平面で反射され、方向１１０１で戻るように伝播する。反射板３６は、空洞構造体の側面部３０等の主要な材料とは異なる材料で構成可能である。反射板３６の材料は、超音波反射特性が高い材料を用いる。なお、反射板３６は、第２平面部３２の外側に取り付けられてもよいし、内側に取り付けられてもよい。
【０１０２】
このように、第１変形例では、超音波振動素子３５と反射板３６との組により、超音波の音場の形成をしやすくしている。その結果、送液分離ユニット３での分離性能をより高めることができる。
【０１０３】
［変形例（２）］
図１２は、実施の形態１の第２変形例における送液分離ユニット３の構成をｘｙ断面で示す。図１２の構成は、図２等の構成に比べて異なる部分としては、空洞構造体の第１平面部３１の内側の面に、第１超音波振動素子３５Ａが取り付けられている。この第１超音波振動素子３５Ａの一方の平面は、空洞構造体の内部の流路に露出している。また、ｘ方向で、第１平面部３１の第１超音波振動素子３５Ａに対して反対側に対向している第２平面部３２の内側の面に、第２超音波振動素子３５Ｂが取り付けられている。この第２超音波振動素子３５Ｂの一方の平面は、空洞構造体の内部の流路に露出している。
【０１０４】
制御部５からは、第１超音波振動素子３５Ａに第１駆動信号Ｅ１ａが供給され、同じタイミングで、第２超音波振動素子３５Ｂに第２駆動信号Ｅ１ｂが供給される。これにより、第１超音波振動素子３５Ａから発生した超音波は、実施の形態１と同様にｘ方向の超音波伝播方向３０１で伝播する。それと共に、第２超音波振動素子３５Ａから発生した超音波は、ｘ方向の反対向きの超音波伝播方向１２０１で伝播する。即ち、空洞構造体の流路において、ｘ方向の両側から超音波が照射され、それにより音場が形成される。
【０１０５】
このように、第２変形例では、第１超音波振動素子３５Ａと第２超音波振動素子３５Ｂの組により、超音波の音場の形成をしやすくしている。その結果、送液分離ユニット３での分離性能をより高めることができる。
【０１０６】
［変形例（３）］
図１３は、実施の形態１の第３変形例における送液分離ユニット３の構成をｘｙ断面で示す。図１３の構成は、図２等の構成に比べて異なる部分としては、空洞構造体のｘ方向の幅Ｈｘよりもｙ方向の幅Ｈｙを長くした構成を有する。即ち、第３変形例では、構成条件として、Ｈｘ＜Ｈｙを含む。角度θ１や距離Ｈａｂ等の条件は実施の形態１と同様である。第３変形例では、超音波の節や腹のｙｚ面の面積が実施の形態１に比べて大きい。そのため、それらの面毎に捕捉できる濁質の数を増やすことができる。
【０１０７】
＜実施の形態２＞
次に、図１４、図１５を用いて、本発明の実施の形態２の混濁液送液分離装置等について説明する。実施の形態２の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態２における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。
【０１０８】
［混濁液送液分離システム］
図１４は、実施の形態２の混濁液送液分離装置１０の構成をＸＹ平面で示す。混濁液送液分離装置１０は、給液ユニット２と、送液分離部９と、排出ユニット４とを有する。送液分離部９では、給液ユニット２に対し、送液分離ユニット３群が並列に配置されている。送液分離部９は、第１送液分離ユニット群３Ａと、第２送液分離ユニット群３Ｂとを有する。第１送液分離ユニット群３Ａは第１送液分離部を構成し、第２送液分離ユニット群３Ｂは第２送液分離部を構成する。第１送液分離ユニット群３Ａ及び第２送液分離ユニット群３Ｂは、それぞれ、実施の形態１の図１の複数の送液分離ユニット３の構成と同様である。例えば、第１送液分離ユニット群３Ａは、送液分離ユニット３−１から送液分離ユニット３−Ｍまでの複数の送液分離ユニット３が連結されている。
【０１０９】
第１送液分離ユニット群３Ａのそれぞれの超音波振動素子３５は、制御部５と接続されている。第２送液分離ユニット群３Ｂのそれぞれの超音波振動素子３５は、制御部５と接続されている。並列の送液分離ユニット群毎に制御部５が設けられてもよいし、全体で１つの制御部５として統合されてもよい。送液分離ユニット群のそれぞれの超音波振動素子３５は、実施の形態１と同様に駆動される。
【０１１０】
給液ユニット２は、分流ユニット２４、第１給液管２５Ａ、第２給液管２５Ｂを有する。分流ユニット２４は、供給口２４０、第１排出口２４１、第２排出口２４２を有する。送液タンク１からの混濁液６は、供給口２４０から流入する。その混濁液６は、分流ユニット２４内の分岐する流路部によって、第１排出口２４１への流れａ２１と、第２排出口２４２への流れａ２２とに分流される。第１排出口２４１には第１給液管２５Ａが接続されており、第１給液管２５Ａは第１送液分離ユニット群３Ａの送液分離ユニット３−１に接続されている。同様に、第２排出口２４２には第２給液管２５Ｂが接続されており、第２給液管２５Ｂは第２送液分離ユニット群３Ｂの送液分離ユニット３−１に接続されている。
【０１１１】
実施の形態２では、混濁液６の流れは、給液ユニット２の分流ユニット７０を通じて、第１送液分離ユニット群３Ａで送液分離される流れと、第２送液分離ユニット群３Ｂで送液分離される流れとの二つに分流される。それぞれの送液分離ユニット群で、並列に、送液分離処理が行われる。そのため、実施の形態２では、実施の形態１に対し、同じ量の混濁液６を短い時間で処理することができる。
【０１１２】
また、図示しないが、それぞれの送液分離ユニット群の送液分離ユニット３−Mの後段には、実施の形態１と同様の排出ユニット４が接続されている。即ち、２つの排出ユニット４として、第１送液分離ユニット群３Ａに接続される第１排出ユニットと、第２送液分離ユニット群３Ｂに接続される第２排出ユニットとを有する。なお、それらの排出ユニット４は、分岐を合流するユニットを含む１つの排出ユニットとして構成されてもよい。
【０１１３】
実施の形態２では、送液分離部９の送液分離ユニット群の並列数を２としたが、３以上としてもよい。システムに要求されている分離性能に応じて、送液分離ユニット群の並列数を増減して調整することができる。
【０１１４】
［効果等］
上記のように、実施の形態２の混濁液送液分離装置１０等によれば、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる。また、実施の形態２によれば、送液分離部９を構成する複数の送液分離ユニット群のうち、一部の送液分離ユニット群の送液ユニット３が故障等の場合でも、他の送液分離ユニット群で送液分離処理を停止せずに継続稼動できる。継続稼動の状態で、故障等の送液ユニット３の修理や交換の作業を、実施の形態１と同様に行うことができる。
【０１１５】
実施の形態２の混濁液送液分離装置の変形例として以下が挙げられる。
【０１１６】
図１５は、実施の形態２の変形例の混濁液送液分離装置１０における１つの送液分離部９の構成を示す。この送液分離部９を実施の形態２と同様に並列で設ける構成が可能である。この送液分離部９は、実施の形態１と同様の構造を持つ複数の送液分離ユニット３、例えば送液分離ユニット３−１から送液分離ユニット３−４までの連結により構成される。同じ形状を持つ複数の送液分離ユニット３が、配置の向きを互い違いに変えて接続されている。例えば、送液分離ユニット３−１の配置は実施の形態１と同様であり、供給口３３がＸ方向左側に、排出口３４がＸ方向右側に配置されている。次段の送液分離ユニット３−２の配置は、送液分離ユニット３−１に対して向きが異なり、供給口３３がＸ方向右側に、排出口３４がＸ方向左側に配置されている。送液分離ユニット３−１の排出口３４は、次段の送液分離ユニット３−２の供給口３３と、それぞれの接続部を介して接続されている。
【０１１７】
複数の送液分離ユニット３は、それぞれの送液分離ユニット３の第１平面部３１及び第２平面部３２のX方向の位置が揃っている。これにより、送液分離部９の全体は、概略的に長方体の空間領域に収まっている。そのため、この送液分離部９は、設置対象空間内に設置しやすく、省スペース化を図ることができる。
【０１１８】
それぞれの送液分離ユニット３の第１平面部３１及び第２平面部３２の一方の平面部には、超音波振動素子３５が設けられており、それらの超音波振動素子３５は制御部５に接続されている。図１５では、それらの超音波振動素子３５は、Ｘ方向左側の平面部に揃って設けられているが、互い違いの位置に設けられてもよい。送液分離部９における混濁液６の全体的な流れは、蛇行する流れとなる。
【０１１９】
＜実施の形態３＞
次に、図１６を用いて、本発明の実施の形態３の混濁液送液分離装置等について説明する。実施の形態３の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態３における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。
【０１２０】
図１６は、実施の形態３の混濁液送液分離装置１０の構成をＸＹ平面で示す。実施の形態３の送液分離部９等の構成は実施の形態１と同様であり、例えば送液分離ユニット３−１から送液分離ユニット３−４までを有する。それぞれの送液分離ユニット３の超音波振動素子３５として、超音波振動素子３５−１，３５−２，３５−３，３５−４を有する。各超音波振動素子３５は、それぞれの信号線を通じて、制御部５に接続されている。
【０１２１】
実施の形態３では、制御部５は、それぞれの送液分離ユニット３の超音波振動素子３５を、独立に個別の駆動信号Ｅ１１〜Ｅ１４によって駆動制御する。信号駆動部５１は、それらの駆動信号Ｅ１１〜Ｅ１４を発生する。制御部５は、複数の超音波振動素子３５を、異なるタイミングで駆動可能である。また、制御部５は、複数の超音波振動素子３５を、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１１〜Ｅ１４によって駆動可能である。
【０１２２】
実施の形態３では、送液分離部９における流れの後段の送液分離ユニット３になるにつれて、混濁液６の送液分離が進むことを考慮する。制御部５は、制御例として、給液ユニット２側に近い前段の送液分離ユニット３ほど、超音波の発生のための電気信号を強めにし、排出ユニット４側に近い後段の送液分離ユニット３ほど、その電気信号を弱めにする。これにより、送液分離部９の送液分離性能の最適化が図られる。
【０１２３】
また、実施の形態３では、給液ユニット２に流量調整部２６を設けている。流量調整部２６は、給液ユニット２から送液分離ユニット３−１へ供給する混濁液６の流れａ３０に関する流量を検出及び調整する機能を有する。流量調整部２６は、例えば流量センサ及びポンプ等により構成可能である。制御部５は、流量調整部２６と連携して制御を行う。制御部５は、例えば、流れａ３０の流量が、送液分離部９での送液分離に好適な流量となるように、流量調整部２６へ指示を行う。流量調整部２６は、その指示に従い、流れａ３０の流量を調整する。
【０１２４】
また、制御部５は、例えば、流量調整部２６で検出された流量値を取得し、その流量値に応じて、それぞれの送液分離ユニット３の超音波振動素子３５へ供給する駆動信号Ｅ１１〜Ｅ１４の電圧値等を調整する。
【０１２５】
［効果等］
上記のように、実施の形態３の混濁液送液分離装置１０等によれば、混濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる。また、実施の形態３によれば、各々の送液分離ユニット３の超音波振動素子３５を独立に制御できるので、より詳細な制御により、分離性能の向上を図ることができる。
【０１２６】
実施の形態３の変形例の混濁液送液分離装置１０としては以下が挙げられる。それぞれの送液分離ユニット３に流量センサ等を備えてもよい。制御部５は、それらの流量センサで検出された流量値を取得し、その流量値に基づいて、それぞれの送液分離ユニット３に対する駆動信号Ｅ１１〜Ｅ１４を調整する等の制御を行ってもよい。
【０１２７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。本発明は、乳濁液等の廃油を含む液体にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１…送液タンク、２…給液ユニット、３，３−１，３−２，３−３，３−Ｍ…送液分離ユニット、４…排出ユニット、５…制御部、６…混濁液、７…清澄液排出部、８…濃縮液排出部、９…送液分離部、３５…超音波振動素子、３８…接続部、５１…信号駆動部。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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