(57)【要約】【課題】超音波を用いた懸濁液中の濁質を分離する懸濁液送液分離装置において、濃縮した濁質を高効率に排出することができるようにする。【解決手段】懸濁液送液分離装置を、空洞構造体と、この空洞構造体の内部に超音波を発生させる超音波振動部とを備えて空洞構造体の内部を送液する懸濁液に超音波を印加して懸濁液の濁質を分離する送液分離ユニットと、濁質を分離した懸濁液を濁質の濃度が濃くなった懸濁液と分離されて濁質の濃度が薄くなった懸濁液とに分離して排出する排出ユニットと、超音波振動部に超音波を発生させるための駆動信号を印加する制御部とを備えて構成し、超音波振動部は、空洞構造体の左右方向に対向する一対の壁面のうちの一方の壁面の外部から空洞構造体の内部に超音波を発生させて空洞構造体の内部に伝播させた超音波が空洞構造体の底面にまで拡散する前に一対の壁面のうち他方の壁面で反射されるような位置に設置するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部を壁面で囲んだ第１の空洞構造体と、前記第１の空洞構造体の外部から前記第１の空洞構造体の内部に超音波を発生させる超音波振動部と、を備えて前記第１の空洞構造体の内部に懸濁液を送液しながら前記懸濁液に前記超音波振動部から超音波を印加して前記懸濁液の濁質を分離する送液分離ユニットと、
前記送液分離ユニットで濁質を分離した前記懸濁液を前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液と前記分離されて前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液とに分離して排出する排出ユニットと、
前記送液分離ユニットの前記超音波振動部に前記超音波を発生させるための駆動信号を印加する制御部と
を備えた懸濁液送液分離装置であって、
前記送液分離ユニットを複数備え、前記複数の送液分離ユニットのそれぞれの前記第１の空洞構造体は、前記内部を液送する前記懸濁液の前記液送する方向に対して左右方向に対向する一対の壁面と前記一対の壁面と接続して上下方向で対向する一対の底面と上面とを有し、前記超音波振動部は、前記左右方向に対向する前記一対の壁面のうちの一方の壁面の外部であって、前記超音波振動部で発生させて前記第１の空洞構造体の内部に伝播させた超音波が前記第１の空洞構造体の前記底面にまで拡散する前に前記一対の壁面のうち他方の壁面で反射されるような位置に設置されていることを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記超音波振動部で発生させた超音波と前記対向する一対の壁面のうち他方の壁面で反射された超音波により、前記第１の空洞構造体の内部で前記液送する方向に対して前記左右方向に対向する前記一対の壁面の間に前記液送する方向に沿って定在波が生成される領域と前記定在波が生成されない領域とを形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項３】
請求項２記載の懸濁液送液分離装置であって、前記第１の空洞構造体の内部で前記液送する方向に沿って上部に定在波が生成される領域を形成し、前記第１の空洞構造体の内部で前記液送する方向に沿って下部に前記定在波が生成されない領域を形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項４】
請求項２記載の懸濁液送液分離装置であって、前記第１の空洞構造体の内部で前記底面の近傍に前記定在波が生成されない領域を形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項５】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記空洞構造体の一方の壁面に取り付けた前記超音波振動部の下端部の前記空洞構造体の前記底面からの高さをＬとし、前記超音波振動部の前記下端部から上端部までの長さをＴとし、前記空洞構造体の前記一方の壁面と前記他方の壁面との間隔をＤとし、前記懸濁液に前記超音波振動部から印加する超音波の周波数をλとするとき、前記Ｌは、
Ｌ＞Ｄ×ｔａｎ（（５７×λ）／Ｔ）
を満たすことを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項６】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記複数の送液分離ユニットに送液する前の前記懸濁液に前記懸濁液の濁質の凝集を促進させるための薬剤、または前記懸濁液のｐＨを調整するための薬剤を供給するための薬剤供給ユニットと、前記薬剤供給ユニットで供給した薬剤を前記懸濁液中で攪拌するための攪拌翼を供えた攪拌ユニットとを更に備えることを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項７】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記排出ユニットは、外部を壁面で囲んで前記送液分離ユニットと接続する第２の空洞構造体と、前記送液分離ユニットから前記第２の空洞構造体の内部に送液された前記濁質が分離された前記懸濁液の前記分離されて前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液と前記分離されて前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液とを分離する分離部と、前記分離部で分離された前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液を排出する濃縮液排出口と、前記分離部で分離された前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液を排出する清澄液排出口とを有することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項８】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記送液分離ユニットで濁質が分離された前記懸濁液のうち前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液の濁度を検出する濁度検出部をされに備え、前記制御部は、前記濁度検出部で検出した前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液の濁度の情報を用いて前記超音波振動部に印加する前記超音波を発生させるための駆動信号を制御することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【請求項９】
請求項１記載の懸濁液送液分離装置であって、前記制御部は、前記超音波振動部に印加する前記超音波を発生させるための駆動信号を、前記送液分離ユニットごとに制御することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁液中の濁質を分離する懸濁液送液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水処理施設等、各種の用途で、懸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懸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】
従来例において、懸濁液を送液しながら濁質を分離する方法として、懸濁液に超音波を照射することで懸濁液から濁質を分離する方法がある。
【０００４】
懸濁液濁質分離方法に関する先行技術例として、国際公開ＷＯ２０１６−０４２８３２号明細書（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の送液分離装置として、以下の旨が記載されている。油性成分と水性成分を含む乳濁液を分離する乳濁液分離装置であって、乳濁液を供給される乳濁液供給部と、分離された乳濁液を排出する乳濁液排出部と、乳濁液供給部に接続された流路部を有しており、乳濁液供給部と乳濁液排出部とは、第一と第二の配管ユニットを介して接続され、配管ユニットは、流路部を挟み対向するように配置された超音波振動子と超音波反射部材とから構成される乳濁液分離装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１６−０４２８３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来例の懸濁液の送液分離方法、例えば特許文献１の乳濁液分離装置では、超音波振動子を貼り付けた超音波ユニットを接続して流路部を形成することで、乳濁液分離装置送液を止めることなく、或いは送液停止時間が短い保守点検が可能となる方法を得る旨が記載されている。
【０００７】
特許文献１の分離装置では、超音波ユニットを連結して形成し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。
【０００８】
しかし、ユニット底部に下降した濁質は以下の二つが原因となり、その殆どがユニット底部に堆積してしまい、長時間連続駆動すると濁質がユニット内に堆積し、流路が閉塞してしまう。（ａ）底部近辺に存在する腹、或いは節部に下降した濁質が捕捉される、（ｂ）底部近傍は境界層領域となるため流れが遅くなる。即ち、分離装置の送液機能を保持するためには、鉛直方向下部に沈降した濁質を効率的に排出する必要がある。
【０００９】
上記のように、先行技術例の乳濁液分離方法及び装置等では、濁質の排出性能の点で課題がある。
【００１０】
本発明は、超音波を用いた懸濁液中の濁質を分離する技術に関して、濃縮した濁質を高効率に排出することができる懸濁液送液分離装置を提供するものである。
【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、懸濁液送液分離装置であって、以下に示す構成を用いることを特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明では、懸濁液送液分離装置を、外部を壁面で囲んだ第１の空洞構造体と、この第１の空洞構造体の外部からこの第１の空洞構造体の内部に超音波を発生させる超音波振動部とを備えて第１の空洞構造体の内部に懸濁液を送液しながら懸濁液に超音波振動部から超音波を印加して懸濁液の濁質を分離する送液分離ユニットと、送液分離ユニットで濁質を分離した懸濁液を濁質の濃度が濃くなった懸濁液と分離されて濁質の濃度が薄くなった懸濁液とに分離して排出する排出ユニットと、送液分離ユニットの超音波振動部に超音波を発生させるための駆動信号を印加する制御部とを備えて構成し、送液分離ユニットを複数備え、複数の送液分離ユニットのそれぞれの第１の空洞構造体は、内部を液送する懸濁液の液送する方向に対して左右方向に対向する一対の壁面とこの一対の壁面と接続して上下方向で対向する一対の底面と上面とを有し、超音波振動部は、左右方向に対向する一対の壁面のうちの一方の壁面の外部であって、超音波振動部で発生させて第１の空洞構造体の内部に伝播させた超音波が第１の空洞構造体の底面にまで拡散する前に一対の壁面のうち他方の壁面で反射されるような位置に設置するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波を用いた懸濁液の濁質を分離する技術に関して、懸濁液中の濁質を高効率に排出することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの平面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの正面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットのＸＺ面における断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットのＸＹ面における断面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの正面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットのＸＺ面における断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける排出ユニットのＹＺ面における断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける排出ユニットの間仕切り板の変形例の断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの実験モデルの平面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの実験モデルの正面図である。
【図８】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの実験モデルにおいて測定した送液分離ユニットの清澄液排出口から排出された懸濁液の濁度と濃縮液排出口から排出された懸濁液の濁度とを示すグラフである。
【図９】本発明の実施例１に係る懸濁液送液分離システムの変形例で、２つの送液分離ユニットの間に超音波振動子を装着していない送液ユニットを配置した構成を示す、懸濁液送液分離システムの部分的な平面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る懸濁液送液分離システムにおける送液分離ユニットの部分的な平面図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る懸濁液送液分離システムにおける薬剤添加ユニットの構成を示すＹＺ面の断面図である。
【図１２】本発明の実施例２に係る懸濁液送液分離システムにおける攪拌ユニットの構成をＹＺ面の断面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る懸濁液送液分離システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例３に係り分流ユニットで第１送液分離ユニット群と第２送液分離ユニット群に分留する構成を有する懸濁液送液分離システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施例４に係る懸濁液送液分離システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施例４の変形例に係る懸濁液送液分離システムの概略の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、懸濁液を送液しながら懸濁液の濁質を分離する懸濁液送液分離装置に係るものであって、いくつかの実施例が挙げられるが、その代表的なものを挙げると、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、送液分離ユニットは、懸濁液が送液される流路となる空洞構造体を有し、この空洞構造体における水平方向のうち、懸濁液の送液方向に沿って対面する２つの側面部と、この側面部の一方の第１側面部に設けられた、懸濁液が供給される供給口と、側面部の他方の第２側面部に設けられた、懸濁液が排出される排出口と、空洞構造体における水平方向のうち、懸濁液の送液方向に直交する方向に対面する２つの平面部と、この平面部の少なくとも一方の面の鉛直方向上側のみに設けられた、駆動信号に基づいて超音波を流路に発生させる超音波振動部とを有し、送液分離部の流路で懸濁液が送液されながら、超音波により懸濁液の濁質が捕捉されて鉛直方向で分離され、超音波振動部が、平面部の鉛直方向上側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施例における懸濁液送液分離装置、システム、及び懸濁液送液の分離方法について説明する。  
実施例１に係る懸濁液送液分離装置は、工場排水等の懸濁液を送液する用途、及び懸濁液から濁質を分離する懸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。本実施例において、懸濁液とは、濁質（液中に浮遊している固形物）を含む液のことを指す。
【００１８】
本実施例に係る懸濁液送液分離装置及び懸濁液送液の分離方法は、懸濁液の送液及び濁質の分離を行う送液分離工程において、懸濁液を、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、懸濁液送液分離装置に供給された元の懸濁液よりも、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、懸濁液送液分離装置に供給された元の懸濁液よりも、体積あたりの液中の濁質数が多くなった液を指す。
【００１９】
［懸濁液送液分離システム］
図１は、本実施例の懸濁液送液分離装置９を含む、懸濁液送液分離システム９００の構成をＸＹ平面で示す。図１の懸濁液送液分離システム９００は、送液タンク１と、懸濁液送液分離装置９と、清澄液排出部５と、濃縮液排出部６とを有し、それらが接続されている。送液タンク１の後段に懸濁液送液分離装置９が接続され、懸濁液送液分離装置９の後段に清澄液排出部５及び濃縮液排出部６が並列に接続されている。
【００２０】
懸濁液送液分離装置９は、懸濁液を送液しながら懸濁液の濁質を分離する処理を行う装置である。懸濁液送液分離装置９は、複数の種類のユニットの接続により構成される。懸濁液送液分離装置９は、送液分離部２と、制御部４と、排出ユニット３とを有し、それらが接続されている。送液分離部２は、連結される複数の送液分離ユニット２００を有する。送液分離ユニット２００の数をＮとし、Ｎは２以上である。複数の送液分離ユニット２００は、送液タンク１の側の懸濁液が供給される側から順に、送液分離ユニット２００−１、送液分離ユニット２００−２、……、送液分離ユニット２００−nを有する。各送液分離ユニット２００−n（２≦ｎ＜Ｎ）と２００−n＋１との間は、接続部２８で接続されている。
【００２１】
なお、図１で、説明上の方向及び座標系として、（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、懸濁液送液分離システム９００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。
【００２２】
送液タンク１は、懸濁液が溜められた懸濁液蓄積部である。送液タンク１と送液分離部２は、接続部２８を介して接続されている。接続部２８は、開閉可能なバルブ等を含む。接続部２８のバルブを開状態とすることで、送液タンク１内の懸濁液が送液分離部２へ流れる。なお、送液タンク１と送液分離部２との間に接続部２８を必ずしも設ける必要は無く、送液タンク１のＺ方向上から懸濁液を入れてそのまま送液分離部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。懸濁液は、水等の媒質に１種類以上の濁質（固形物）が分散して含まれている液である。
【００２３】
送液分離部２は、複数の送液分離ユニット２００−nの連結により、懸濁液が送液される流路が構成されている。送液分離部２の流路内で懸濁液が送液されると共に、懸濁液中の濁質がＺ方向で分離される。方向ａ１は、送液分離ユニット２００−n内を懸濁液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２００−nは、同じ種類のユニットであり、形状等が同じである。
【００２４】
送液分離部２の第１番目の送液分離ユニットである送液分離ユニット２００−１の供給口は、接続部２８を通じて、送液タンク１と接続されている。送液分離ユニット２００−１の排出口は、接続部２８を通じて、第２番目の送液分離ユニットである送液分離ユニット２００−２の供給口と接続されている。送液分離部２の最終段の送液分離ユニットである送液分離ユニット２００−nの排出口は、接続部２８を通じて、排出ユニット３と接続されている。送液分離ユニット２００−１及び送液分離ユニット２００−n以外の各々の送液分離ユニット２００−nは、排出口２４−ｎが、接続部２８を通じて、次段の送液分離ユニット２００−n＋１の供給口と接続されている。また、各々の送液分離ユニット２００−nには超音波振動子２５−ｎが取り付けられており、各超音波振動子２５−ｎは、信号線４２を通じて、制御部４と電気的に接続されている。
【００２５】
制御部４は、送液分離部２の複数の送液分離ユニット２００−nを制御する部分であり、信号駆動部４１を含む。制御部４は、例えばＬＳＩ基板等により構成可能である。信号駆動部４１は、各送液分離ユニット２００−nに取付けられた超音波振動子２５−ｎ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４２を通じて各超音波振動子２５−ｎへ供給する。本実施例では、制御部４は、複数の各々の送液分離ユニット２００−nの超音波振動子２５−ｎを、同じ駆動信号を用いて同時に駆動する。
【００２６】
排出ユニット３は、送液分離部２から排出された懸濁液を排出及び最終分離するための懸濁液排出部である。排出ユニット３は、懸濁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３の詳しい構成は、図４で後述する。排出ユニット３は、清澄液排出部５に清澄液を排出し、濃縮液排出部６に濃縮液を排出する。
【００２７】
清澄液排出部５は、排出ユニット３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６は、排出ユニット３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５及び濃縮液排出部６は、外部システムと接続されてもよい。
【００２８】
懸濁液送液分離装置９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２００−nと２００−n＋１の間を接続する接続部２８を有する。接続部２８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、その構造については特に限定しない。また、接続部２８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。
【００２９】
送液分離部２の複数の送液分離ユニット２００−nは、懸濁液送液分離システム９００に要求される分離性能に応じた数Ｎが設けられる。この数Ｎは、必要に応じて増減の調整が可能である。この数Ｎは、懸濁液送液分離システム９００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２００−nの数を増加した場合、送液分離部２の配置スペースが増える代わりに、全体的な分離性能を向上させることができる。送液分離ユニット２００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２の配置スペースを減らすことができる。懸濁液送液分離システム９００を一旦構築した後でも、送液分離ユニット２００−nの増減により分離性能を変更できる。本実施例によれば、送液分離ユニット２００−nの数Ｎ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。
【００３０】
送液分離ユニット２００−n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、送液タンク１から送液分離部２への送液等を停止して、送液分離部２から懸濁液を排出した状態としてから、対象の送液分離ユニット２００−nの前後のユニット間との接続部２８の接続状態が解除され、対象の送液分離ユニット２００−nが取り外される。対象の送液分離ユニット２００−nの保守作業後、その送液分離ユニット２００−n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２００−nを交換する場合、対象の送液分離ユニット２００−n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２００−n’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】
懸濁液送液分離システム９００は、懸濁液送液分離装置９によって懸濁液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、この懸濁液送液分離システム９００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］
本実施例における懸濁液送液分離方法は、図１の懸濁液送液分離装置９で行われるステップとして以下を有する方法である。本実施例における懸濁液送液分離方法は、送液タンク１より懸濁液を送液分離部２に供給するステップと、送液分離部２の流路で懸濁液を送液しながら、超音波により懸濁液の濁質が捕捉されて鉛直方向（Ｚ方向）で分離されるステップと、送液分離部２から排出された鉛直方向（Ｚ方向）で濁質が分離された分離液である懸濁液を、清澄液と濃縮液に分けて排出するステップと、を有する。
【００３３】
［送液分離ユニット（１）］
図２は、送液分離ユニット２００−nの構造をＸＹ断面で示す。送液分離ユニット２００−nは、懸濁液が送液され超音波が照射される流路となる空洞構造体２０１−ｎを有する。空洞構造体２０１−ｎは、周囲が壁面で囲まれて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。図２に示した送液分離ユニット２００−nの場合は、Ｘ方向で対向する一対の第一平面部２１ａと第二平面部２１ｂと、Ｚ方向で対向する一対の上面部２２ａと下面部２２ｂとが溶接などにより接合された状態で内部が空洞な空洞構造体２０１−ｎが形成されている。一対の第一平面部２１ａ−ｎと第二平面部２１ｂ−ｎと、一対の上面部２２ａ−ｎと下面部２２ｂ−ｎとのＹ方向の端部２０ａ−ｎと２０ｂ−ｎにより、懸濁液が供給される供給口２３−ｎと懸濁液が排出される排出口２４−ｎとが形成されている。
【００３４】
空洞構造体２０１−ｎには、供給口２３−ｎ、排出口２４−ｎと、第一平面部２１ａの外側に取付けられた超音波振動子２５−ｎ、供給口２３−ｎと隣接する送液分離ユニット２００−n−１の排出口２４−ｎ−１とを接続する接続部２８ａ−ｎ、排出口２４−ｎと隣接する送液分離ユニット２００−n＋１の供給口２３−ｎ＋１とを接続する接続部２８ｂ−ｎが備えられている。
【００３５】
供給口２３−ｎは、Ｙ方向で懸濁液を送液分離ユニット２００−nの空洞構造体内に供給する。排出口２４−ｎは、Ｙ方向で空洞構造体２０１−ｎ内から懸濁液を排出する。  
供給口２３−ｎは、接続部２８ａ−ｎと接続されている。排出口２４−ｎは、接続部２８ｂ−ｎと接続されている。接続部２８ａ−ｎ及び接続部２８ｂ−ｎ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２８ｂ−ｎ−１、２８ａ−ｎ＋１と接続可能となっている。また、接続部２８ａ−ｎ及び接続部２８ｂ−ｎは、前述のバルブ等を備えてもよい。
【００３６】
例えば、送液分離ユニット２００−１の供給口２３−１の側に取り付けた接続部２８ａ−１は、送液タンク１と接続される。送液分離ユニット２００−１の排出口２４−１の側に取り付けた接続部２８ｂ−１は、送液分離ユニット２００−２の供給口２３−２の接続部２８ａ−２と接続される。送液分離ユニット２００−nの排出口２４−Ｎの接続部２８ｂ−Ｎは、排出ユニット３の接続部と接続される。接続部２８ａ−ｎ、２８ｂ−ｎを通じて複数の送液分離ユニット２００の空洞構造体が連結され、連続する流路が構成される。
【００３７】
送液分離ユニット２００−nは、空洞構造体２０１−ｎを構成する一対の第一平面部２１ａ−ｎと第二平面部２１ｂ−ｎと、一対の上面部２２ａ−ｎと下面部２２ｂ−ｎとの少なくとも一方の対の平面部、本実施例では第一平面部２１ａ−ｎの側の外部に、超音波振動部を取り付けた構成とする。超音波振動部は、制御部４の信号駆動部４１から発信される駆動信号に基づいて超音波振動子２５を駆動して、超音波を空洞構造体２０１−ｎの内部の流路に発生させて懸濁液に照射する部分である。
【００３８】
図２に示した構成では、第一平面部２１ａ−ｎの外側に、超音波振動子２５−ｎが、第一平面部２１ｎ−ｎと平行に固定されている。超音波振動子２５−ｎは、ＺＹ平面を持つ平板形状を有する。超音波振動子２５−ｎが設けられた第一平面部２１ａ−ｎは超音波発生部として機能する。一方、第一平面部２１ａ−ｎと対向する第二平面部２１ｂ−ｎは、第一平面部２１ａ−ｎの側の超音波振動子２５−ｎで発生させて空洞構造体２０１−ｎの内部の流路を伝播してきた超音波を第一平面部２１ａ−ｎの側に反射する反射部として機能する。
【００３９】
制御部４は、超音波振動子２５−ｎに駆動信号Ｅ１を供給して超音波振動子２５−ｎを駆動する。超音波振動子２５−ｎは、供給された駆動信号Ｅ１に基づいて振動し、第一平面部２１ａ−ｎを介して空洞構造体２０１−ｎの内部の流路に超音波を発生させ、その超音波を流路の懸濁液に照射する。超音波振動子２５−ｎの振動に伴って第一平面部２１ａ−ｎも振動する。
【００４０】
送液分離部２では、送液分離ユニット２００−nにおける空洞構造体２０１−ｎの内部の流路に沿って懸濁液が送液されながら、超音波振動子２５−ｎで発生させた超音波により懸濁液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。その分離された懸濁液が送液分離部２から排出ユニット３に排出される。
【００４１】
［送液分離ユニット（２）］
図３Ａに、送液分離ユニット２００−nの構造をＸ方向から見た側面図を、図３ＢにＺＸ断面を示す。以下の説明においては、送液分離ユニット２００−nの−ｎの表記を省略して説明する。超音波振動子２５は、第一平面部２１ａの外側に、送液分離ユニット２００の底面からＺ方向上に距離（Ｌ）離れた位置に、固定されている。図３Ｂに示す空洞構造体２０１のＺＸ断面において、超音波振動子２５の下端２５１と空洞構造体２０１の内部における第一平面部２１ａに対向する第二平面部２１ｂの下端２１１ｂを結ぶ直線を直線Ｄ１で表す。また、超音波振動子２５の下端２５１から、第二平面部２１ｂまでを最短距離で結んだ直線を直線Ｄ２で表し、直線Ｄ１と直線Ｄ２の成す角度を第一角度（θ１）とする。
【００４２】
図４Ａと図４Ｂを用いて、送液分離ユニット２００−nについて詳しく説明する。以下の説明においても、送液分離ユニット２００−nの−ｎの表記を省略して説明する。図４Ａは、送液分離ユニット２００の超音波による音場や、概略的な送液方向を示すＸＹ断面図である。また、図４Ｂには、送液分離ユニット２００をＸ方向から見た側面図を示す。送液分離ユニット２００の上流側の供給口２３から空洞構造体２０１の内部に、懸濁液が流入する。流入した懸濁液は、空洞構造体２０１の内部を、Ｙ方向に沿って流れ、下流側の排出口２４から排出される。
【００４３】
超音波振動子２５は、制御部４の信号駆動部４１から出力された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、超音波振動子２５は、電気信号を超音波振動に変換し、第一平面部２１aを通じて空洞構造体２０１の内部の流路に超音波を発生させる。その超音波は、空洞構造体２０１の内部の流路を送液される懸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。第一平面部２１ａを通じて発生した超音波は、空洞構造体２０１の内部でＸ方向に対応する超音波伝播方向Ａ１へ伝播する。
【００４４】
更に、Ｘ方向で第一平面部２１ａに対向する位置にある第二平面部２１ｂへ向かって伝播した超音波は、第二平面部２１ｂで第一平面部２１ａの方向へ反射される。このＸ方向で互いに逆向きに進む超音波により、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、超音波振動子２５の固有周波数に応じた音場となる。  
この定在波による音場においては、Ｘ方向に、節３０１と腹３０２とが周期的に発現する。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。
【００４５】
上記定在波による音場が形成された空洞構造体２０１の内部の流路に懸濁液が流れる。その際、流路を流れる懸濁液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との間隔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２０１の音場が形成される領域の全体に含まれている。
【００４６】
節３０１または腹３０２の位置に補足された濁質は、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。例えば、懸濁液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。このとき、濁質は、濁質を捕捉する節３０１や腹３０２が存在しない超音波照射非照射領域を通過しながら、Ｚ方向下方へ沈降する。超音波非照射領域では、濁質を捕捉する力が働いていないため、濁質は、懸濁液の流れの向きであるY方向に沿った流体抵抗力と重力のみを受けるため、下流方向に搬送されやすくなる。
【００４７】
送液分離ユニット２００の流路内で超音波が照射された懸濁液は、上記捕捉の作用を通じて、濁質が空洞構造体２０１の下面部に沈降するように分離される。また、その沈降過程で、特に、超音波非照射領域を沈降する際に下流方向に搬送される。そのため、懸濁液は、送液分離ユニット２００の排出口２４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２００を順次に経由するほどに進む。複数の送液分離ユニット２００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懸濁液が排出される。
【００４８】
図５に示した空洞構造体２０１のX−Z断面図を用いて、空洞構造体２０１の内部の流路に照射された超音波の指向性を説明する。超音波振動子２５から、第一平面部２１aを介して空洞構造体２０１の内部の流路に照射された超音波は、指向角（θ２）の範囲まで広がりながら、懸濁液内を伝播する。
【００４９】
超音波振動子２５の鉛直方向（Z方向）の長さ（幅）がＴである場合、指向角（θ２）は、以下の式で表される。  
θ２＝５７ × λ／Ｔ    ・・・（数１）
式（数１）においてλは超音波の波長を表す。  
式（数１）より、流路の幅がＤ２である場合、超音波が第二平面部２１ｂに到達した時の広がり幅（Ｌ０）は以下の式（数２）で表される。  
Ｌ０＝Ｄ２ × ｔａｎθ２・・・（数２）
【００５０】
送液分離ユニット２００内に超音波非照射領域を設ける場合、超音波振動子２５は、第一平面部２１aの外側に、送液分離ユニット２００の底面２２ｂからＺ方向上に距離（Ｌ０）よりも離れた位置に、固定する必要がある。
【００５１】
実施の形態１で、送液分離ユニット２００の構成条件は、超音波振動子２５の下面２５１から底面２２ｂの上面までの寸法をＬとするとき、以下の式で示す構成条件を含む。  
Ｌ＞Ｌ０      ・・・（数３）  
上記条件を満たす角度等を用いて、超音波非照射領域を形成するように、送液分離ユニット２００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。
【００５２】
また、本実施例では、供給口２３の開口面積と排出口２４の開口面積とは同じである。  しかし、これに限らず、供給口２３の開口面積と排出口２４の開口面積とを異ならせた形態としてもよい。
【００５３】
［排出ユニット］
図６は、排出ユニット３の構成をＺＹ断面で示す。排出ユニット３は、主要な配管である分液部３０、受入口３１、接続部３２、濃縮液排出口３３、清澄液排出口３４、間仕切り板３５を有する。分液部３０の受入口３１には接続部３２が設けられ、前段の送液分離ユニット２００−nの排出口２４の接続部２８ｂと接続される。分液部３０のＹ方向の下流側には、間仕切り板３５が、分液部３０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。間仕切り板３５の高さＨは、図５で説明した寸法Ｌよりも大きく設定する。分液部３０のＺ方向の底面の所定領域には、間仕切り板３５を境に、上流側に濃縮液排出口３３が、下流側に清澄液排出口３４が設けられている。
【００５４】
送液分離ユニット２００−nの排出口２４から排出された懸濁液は、排出ユニット３の接続部３２及び受入口３１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、間仕切り板３５を超えて流れる濁質が少ないＺ方向上部の流れを示し、方向ｂ１２は、間仕切り板３５で遮られた濁質が多いＺ方向下部の流れを示す。
【００５５】
分液部３０内において、濁質を多く含むＺ方向下部を流れる分離液は、間仕切り板３５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３５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３４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５に供給される。
【００５６】
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３５を超えられず、手前の領域の底面の濃縮液排出口３３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６に供給される。このように、排出ユニット３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。
【００５７】
なお、分離対象の濁質の特性に応じて、間仕切り板３５や排出口が設計されている。本実施例では、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３５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３０の間仕切り板３５は、Ｚ方向下方が開口となるように設計され、分液部３０のＺ方向上面にそれぞれの排出口が設けられる。分液部３０の間仕切り板３５は、長さや位置が調節可能な機構を有してもよい。
【００５８】
また、間仕切り板３５の形状は、図６Ｂに示すように、平板３５１に先端部分に庇状の突起部３５２を取り付けた間仕切り板３５０のような形状にしても良い。このように、庇状の突起部３５２を設けることにより、上部を流れる濁質をあまり含まない懸濁液と下部を流れる濁質を多く含む懸濁液とが交じり合うことなく分離することができる。
【００５９】
即ち、本実施例に係る懸濁液送液分離装置９は、送液分離ユニット２００を含む送液分離部２を有する。送液分離ユニット２００は、懸濁液が送液される流路となる空洞構造体を有し、空洞構造体における水平方向のうち、懸濁液の送液方向に沿って対面する２つの開口部と、この開口部の一方の第１開口部に設けられた、懸濁液が供給される供給口と、開口部の他方の第２開口部に設けられた、懸濁液が排出される排出口と、空洞構造体における水平方向のうち、懸濁液の送液方向に直交する方向に対面する２つの平面部と、この平面部の少なくとも一方の面の鉛直方向上側のみに設けられた、駆動信号に基づいて超音波を流路に発生させる超音波振動部と、を有し、送液分離部の流路で懸濁液を送液しながら、超音波振動部から印加した超音波により送液分離部の流路内に鉛直方向に定在波を形成して懸濁液の濁質を捕捉して分離する構成とし、空洞構造体の底部には超音波が照射されず定在波が生成されない領域を形成するように構成したものである。
【００６０】
［実験］
図７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２の構成や懸濁液処理の効果と、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。
【００６１】
実施の形態１の懸濁液送液分離装置９は、図７の送液分離部１２００の実験モデルに基づいて構成されている。この送液分離部１２００の送液分離ユニット１２０１、１２０２、１２０３は、図２〜５で示した送液分離ユニット２００と同じ構成である。
【００６２】
送液分離ユニット１２０１、１２０２、１２０３は、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２０ｍｍ、Ｙ方向の長さを２０ｍｍ、Ｚ方向の高さを３０ｍｍとした。いずれの送液分離ユニット１２０１、１２０２、１２０３も、第一平面部１０２１に２０×２０ｍｍの超音波振動子１０２５をＬが１０ｍｍとなる位置に配置した。
【００６３】
下流方向の最端部に配置した送液分離ユニット１２０３のＹ方向端面のＺ方向上方端部に清澄液排出口１０３４を、Ｚ方向下方端部に濃縮液排出口１０３３を配置した。いずれの排出口も開口部は直径２ｍｍとした。送液分離部１２００は、送液タンク１００１に接続部１０２８を介して接続されており、接続部１０２８より懸濁液サンプルが流入される。
【００６４】
３つの送液分離ユニット１２０１、１２０２、１２０３で構成される流路では、超音波により懸濁液の濁質が捕捉されて鉛直方向（Ｚ方向）で分離され、最端部に配置した送液分離ユニット１２０３の排出口より清澄液と濃縮液に分けて排出される。上記実験モデルを用いて行った実験の結果を第１の実験結果とする。
【００６５】
比較例として、Ｌ＝０ｍｍとする比較実験用の超音波分離ユニット（図示せず）も作製した。比較実験用の超音波ユニットは、図７Ａ及び図７Ｂに示した送液分離ユニット１２０１〜１２０３の空洞構造体に対応する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２０ｍｍ、Ｙ方向の長さを２０ｍｍ、Ｚ方向の高さを２０ｍｍとし、第一平面部１０２１に対応する面に２０ｍｍ×２０ｍｍの超音波振動子をＬ（図７Ｂ参照）が０ｍｍとなる位置に配置した。比較実験用の超音波ユニットを用いて行った実験の結果を第２の実験結果とする。
【００６６】
本実験で用いた懸濁液サンプル１００１１としては、水道水にアルミナ粒子を懸合した懸濁液を用いた。平均粒径が２．８μｍのアルミナ粒子を０．４３ｇ／Ｌの分量で添加し懸濁液サンプルを調整した。懸濁液サンプルは流速が１．４ｍｍ／秒となるように流量を調整した。実験モデルの全ての超音波振動子２５は、それぞれ、駆動周波数が２．２ＭＨｚ、振幅が５２Ｖの駆動信号Ｅ１で駆動させ、空洞構造体内部の流路に超音波を発生させた。上記駆動周波数の場合、超音波の節と腹の間隔は約０．３７ｍｍ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面で懸濁液サンプル中のアルミナ粒子が捕捉される。
【００６７】
駆動周波数２．２ＭＨｚ、超音波振動子サイズ２０×２０ｍｍ、Ｘ方向の長さ２０ｍｍの場合、（１）式と（２）式より、超音波が第二平面部２２に到達した時の広がり幅（Ｌ０）は０．７５ｍｍとなる。実施例１では、Ｌ＝１０ｍｍであるため、Ｌ０よりも十分大きく、（３）式を満たす。即ち、超音波が照射されない領域が送液分離部１２００内に形成される。  
いずれの実験においても、濃縮液排出口１０３３から排出された排液の濁度を計測し、送液分離部１２００に供給される前の懸濁液の懸濁液の濁度と比較した。
【００６８】
図８は、送液分離部１２００に供給される前の懸濁液の濁度と、各実験における清澄液排出口１０３４から排出された排液の濁度を示す。８０２は実施例１に対応する濃縮液排出口１０３３から排出された排液の濁度を、８０１は比較例に対応する濃縮液排出口１０３３から排出された排液の濁度を示す。
【００６９】
濁度は、懸濁液サンプルの懸濁度合い及び透明度合いを表す指標値であり、懸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。
【００７０】
比較例の場合、濃縮液排出口１０３３から排出された懸濁液サンプルの濁度は４１．７度であるのに対し、実施の形態１の場合、濃縮液排出口１０３３から排出された排液の濁度は１２５度まで上昇する。即ち、実施の形態１の方が比較例よりも濁度が上昇しており、濁質の排出性能が高い。
【００７１】
懸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。捕捉されたアルミナ粒子は凝集し、沈降する。このとき、実施例１においては、濁質は、濁質を捕捉する節３０１や腹３０２が存在しない超音波照射非照射領域を通過しながら、Ｚ方向下方へ沈降する。超音波非照射領域では、濁質を捕捉する力が働いていないため、濁質は、懸濁液サンプルの流れの向きであるY方向に沿った流体抵抗力と重力のみを受け、下流方向に搬送されやすくなる。そのため、実施例１においては、濃縮液排出口１０３３から排出された懸濁液サンプルの濁度が、比較例において、濃縮液排出口１０３３から排出された懸濁液サンプルの濁度よりも高くなる。
【００７２】
このように、超音波照射によって懸濁液中の濁質を捕捉及び凝集させる場合には、超音波が照射されない領域を設けるように送液分離ユニットを設計することで、濁質を効率的に排出できることがわかった。
【００７３】
従来例の懸濁液濁質分離方法では、空洞構造体に超音波を照射することで濁質を凝集、分離することができる。一方、実施の形態１では、空洞構造体内に超音波が照射されない領域を設けることで、濁質を凝集、分離するだけでなく、凝集した濁質を効率的に排出することができる。
【００７４】
［効果等］
上記のように、実施の形態１の懸濁液送液分離装置９等によれば、懸濁液中の濁質を高効率に排出することができる。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、懸濁液送液分離装置９において懸濁液の送液と分離、濁質の排出とを同時に実現でき、効率的である。
【００７５】
本実施例では、簡便な構成を意図して、１つの制御部４により複数の送液分離ユニット２００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２００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２００毎に制御部が超音波振動子２５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。
【００７６】
［実施例１の変形例］
実施例１では、図１に示したように、送液分離ユニット２００−nと、次段の送液分離ユニット２００−n＋１が直接的に接続されている。これに対して、本変形例では、図９に示すように、送液分離ユニット２００−nと、次段の送液分離ユニット２００−n＋１との間に、別の送液ユニット２１０が接続された構成とする。この送液ユニット２１０は、実施例１で説明した超音波振動子２５を装着しておらず、懸濁液の送液機能を有しているだけで、濁質分離機能は有していない。送液分離ユニット２００−nとは異なる形状でよい。
【００７７】
この送液ユニット２１０は、図６に示したように直線形状の配管でもよい。この送液ユニット２１０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、懸濁液送液分離装置９の複数の送液分離ユニット２００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。
【００７８】
送液分離ユニット２００−nと送液分離ユニット２００−n＋１との間に超音波振動子２５を装着していない送液ユニット２１０を設置することにより、送液分離ユニット２００−n内で超音波による節３０１または腹３０２の位置に捕捉して凝集させた濁質を、送液ユニット２１０の内部を通過させるときに、節３０１または腹３０２の影響を受けずにＺ方向下方に確実に沈降させることができる。
【００７９】
このように、節３０１または腹３０２の影響を受けずに濁質をＺ方向下方に沈降させた懸濁液を、送液分離ユニット２００−n＋１内で、送液分離ユニット２００−n内よりもZ方向により低い位置（第二平面部２２ｂに、より近い側）で再度超音波による節３０１または腹３０２の位置に捕捉して凝集させることにより、濁質を確実にＺ方向下方に沈降させることができる。
【００８０】
これにより、送液分離ユニット２００の排出口２４から外へ排出される時点では、清澄液排出部５に排出されるＺ方向上部の懸濁液の濁質の方が、濃縮液排出部６に排出されるＺ方向下部の懸濁液の濁質よりも、体積あたりの濁質の数（密度）を確実に少なくすることができる。
【００８１】
また、送液ユニット室２１０を設ける代わりに、接続部２８a、２８ｂの長さを調節して送液分離ユニット２００−nと送液分離ユニット２００−n＋１との間隔をあけ、超音波が印加されない領域を形成するようにしても良い。
【実施例２】
【００８２】
実施例１においては、図１に示したように、送液タンク１から送液分離部２の送液分離ユニット２００−１に直接懸濁液を送液する構成であったが、本実施例では、送液タンク１から供給された懸濁液に先ず薬剤投入してから送液分離ユニット２００−１に送液する構成とした。
【００８３】
図１０に、本実施例に係る懸濁液送液分離装置９１の構成を示す。図１０に示した構成は、懸濁液送液分離装置９１をX方向から見た側面図である。送液タンク１と送液分離部２の間には、薬剤供給ユニット７と攪拌ユニット８が順に設けられている。
【００８４】
図１１は薬剤供給ユニット７の構成をＺＹ断面図で示す。薬剤供給ユニット７は、供給口７２３、排出口７２４、薬剤供給器７１を有する。薬剤供給器７１は、薬剤供給ユニット７の流路７０内に、薬剤７２を供給する。送液タンク１から供給された懸濁液は、供給口７２３から薬剤供給ユニット７の内部に流入する。薬剤供給ユニット７の内部では、懸濁液に薬剤供給器７１から薬剤７２が添加、懸合されて、薬剤供給ユニット７の排出口７２４から隣接する攪拌ユニット８へ流出する。薬剤供給器７１から供給される薬剤７２は、懸濁液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。
【００８５】
図１２は攪拌ユニット８の構成をＺＹ断面図で示す。攪拌ユニット８は、供給口８２３、排出口８２４、モータ８１、攪拌翼８２を有する。モータ８１は、連結されている攪拌翼８２を旋回させる。これにより、薬剤７２を含む懸濁液の攪拌機能が実現される。薬剤供給ユニット７で薬剤７２が懸合された懸濁液は、攪拌ユニット８の供給口２３から流入し、攪拌されて、攪拌ユニット８の排出口８２４から流出する。
【００８６】
薬剤供給ユニット７の排出口７２４と、攪拌ユニット８の供給口８２３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からの懸濁液が薬剤供給ユニット７に流入する。攪拌ユニット８から流出した懸濁液は、送液分離ユニット２００−１の供給口２３−１に送液される。
【００８７】
送液分離部２で超音波処理を行う前に、薬剤供給ユニット７で薬剤７２を供給し、攪拌ユニット８で懸濁液の攪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。このような薬剤供給ユニット７と攪拌ユニット８を送液分離部２よりも上流側に配置して用いることにより、懸濁液の分離をより効率的に実現できる。
【００８８】
また、薬剤供給ユニット７や攪拌ユニット８の各供給口や排出口には、接続及び解除が可能な接続部（実施例１で説明した接続部２８a、２８ｂに相当）が設けられてもよい。即ち、薬剤供給ユニット７や攪拌ユニット８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。
【００８９】
送液分離部２の後に排出ユニット３と清澄液排出部５、濃縮液排出部６を設け、送液分離部２を制御する制御部４を設ける構成は、実施例１で説明した図１に示した構成と同じである。本実施例では、送液分離部２の前に薬剤供給ユニット７と攪拌ユニット８を設けた構成としたが、これに限ることなく、送液分離部２での濁質の凝集と分離とを促進させるための機能を持つユニットとしてもよい。また、送液分離部２と排出ユニット３の少なくとも一方に、懸濁液を送液する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。
【００９０】
本実施例においても、簡便な構成を意図して、１つの制御部４により複数の送液分離ユニット２００−n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２００−n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２００−n毎に制御部が超音波振動子２５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。
【実施例３】
【００９１】
図１３は、本実施例に係る懸濁液送液分離装置１３０９を備えた懸濁液送液分離システム１３００の構成をＸＹ平面で示したものである。懸濁液送液分離装置１３０９は、分流ユニット１０と、送液分離部１３０２と、排出ユニット１３０３とを有する。送液分離部１３０２は、第１送液分離ユニット群１３２０Ａと、第２送液分離ユニット群１３２０Ｂとを有する。送液分離部１３０２では、分流ユニット１０の第１分流排出口１０３の側に第１送液分離ユニット群１３２０Ａが、また、第２分流排出口１０４の側に第２送液分離ユニット群１３２０Ｂが並列に配置されている。第１送液分離ユニット群１３２０Ａは第１送液分離部を構成し、第２送液分離ユニット群１３２０Ｂは第２送液分離部を構成する。第１送液分離ユニット群１３２０Ａ及び第２送液分離ユニット群１３２０Ｂは、それぞれ、実施例１の図１の複数の送液分離ユニット２００の構成と同様である。
【００９２】
第１送液分離ユニット群１３２０Ａは、送液分離ユニット１３２０Ａ−１から送液分離ユニット１３２０Ａ−Ｎまでの複数の送液分離ユニットが直列に連結されている。送液分離ユニット１３２０Ａ−ＮのＺ方向の上部に沿って送液された清澄液は、排出ユニット１３０３Ａを介して配管１３３８Ａで接続されている清澄液排出部１３０５Ａに排出される。
【００９３】
第２送液分離ユニット群１３２０Ｂは、送液分離ユニット１３２０Ｂ−１から送液分離ユニット１３２０Ｂ−Ｎまでの複数の送液分離ユニットが直列に連結されている。送液分離ユニット１３２０Ｂ−ＮのＺ方向の上部に沿って送液された清澄液は、第２排出ユニット１３０３Ｂを介して配管１３３８Ｂで接続されている清澄液排出部１３０５Ｂに排出される。
【００９４】
一方、送液分離ユニット１３２０Ａ−ＮのＺ方向の下部に沿って送液された濁質が濃縮された濃縮液は、第１排出ユニット１３０３Ａを介して配管１３３９で接続されている濃縮液排出部１３０６に排出される。
【００９５】
同様に、送液分離ユニット１３２０Ｂ−ＮのＺ方向の下部に沿って送液された濁質が濃縮された濃縮液は、第２排出ユニット１３０３Ｂを介して配管１３３９で接続されている濃縮液排出部１３０６に排出される。
【００９６】
第１送液分離ユニット群１３２０Ａ−ｎのそれぞれの超音波振動子１３２５Ａ−ｎは、制御部１３０４Ａと接続されている。第２送液分離ユニット群１３２０Ｂ−ｎのそれぞれの超音波振動子１３２５Ｂ−ｎは、制御部１３０４Ｂと接続されている。並列の送液分離ユニット１３２０Ａ−ｎと１３２０Ｂ−ｎとの組合せ毎に制御部１３０４−ｎが設けられてもよいし、全体で１つの制御部１３０４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子１３２５Ａ−ｎ及び１３２５Ｂ−ｎ２５は、実施例１で説明したのと同様に駆動される。
【００９７】
図１４は、本実施例に係る分流ユニット１０の構成をＸＹ断面図で示す。分流ユニット１０は、分流部１０１、分流部供給口１０２、第１分流部排出口１０３、第２分流部排出口１０４を有する。送液タンク１からの懸濁液は、分流部供給口１０２から流入する。その懸濁液は、分流部１０１内の分岐する流路部によって、第１分流部排出口１０３への流れと、第２分流部排出口１０４への流れとに分流される。第１分流部排出口１０３には第１送液分離ユニット群２００Ａの送液分離ユニット２００−１に接続されている。同様に、第２分流部排出口１０４には第２送液分離ユニット群２００Ｂの送液分離ユニット２００−１に接続されている。
【００９８】
本実施例では、懸濁液の流れは、分流ユニット１０の分流部１０１を通じて、第１分流部排出口１０３から第１送液分離ユニット群１３２０Ａで送液分離される流れと、第２分流部排出口１０４から第２送液分離ユニット群１３２０Ｂ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、本実施例では、実施例１の場合に対し、同じ量の懸濁液を短い時間で処理することができる。
【００９９】
また、送液分離ユニット１３２０Ａ−Ｎの後段には、実施の形態１と同様の第１排出ユニット１３０３Ａが、また、送液分離ユニット１３２０Ｂ−Ｎの後段には、実施の形態１と同様の第２排出ユニット１３０３Ｂが接続されている。即ち、第１送液分離ユニット群１３２０Ａに接続される第１排出ユニット１３０３Ａと、第２送液分離ユニット群１３２０Ｂに接続される第２排出ユニット１３０３Ｂとを有する。なお、それらの第１及び第２排出ユニット１３０３Ａと１３０３Ｂとは、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。
【０１００】
本実施例では、送液分離部１３０２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。
【０１０１】
［効果等］
上記のように、本実施例の懸濁液送液分離装置１３０９を備えた懸濁液送液分離システム１３００によれば、懸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、本実施例によれば、送液分離部１３０２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１３２０Ａ（Ｂ）−ｎ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１３２０Ａ（Ｂ）−ｎ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。
【実施例４】
【０１０２】
次に、図１５を用いて、本発明の第４の実施例における懸濁液送液分離装置１５０９について説明する。本実施例における懸濁液送液分離装置１５０９の基本的な構成は実施例１で説明した懸濁液送液分離装置９の構成と同様であり、以下、本実施例において実施例１とは異なる構成部分について説明する。
【０１０３】
図１５は、本実施例における懸濁液送液分離装置１５０９を、Ｘ方向から見た側面図で示す。本実施例における送液分離部１５０２の構成は実施例１で説明した送液分離部２の構成と同様であり、例えば送液分離ユニット１５２０−１から送液分離ユニット１５２０−３までを有する。それぞれの送液分離ユニット１５２０−ｎの超音波振動子１５２５−ｎとして、超音波振動子１５２５−１，１５２５−２，１５２５−３を有する。各超音波振動子１５２５−ｎは、それぞれの信号線を通じて、制御部１５０４の信号駆動部１５４１に接続されている。
【０１０４】
本実施例では、制御部１５０４は、それぞれの送液分離ユニット１５２０−ｎの超音波振動子１５２５−ｎを、独立に個別の駆動信号Ｅ１〜Ｅ３によって駆動制御する。信号駆動部１５４１は、それらの駆動信号Ｅ１〜Ｅ３を発生する。制御部１５０４は、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、異なるタイミングで駆動することが可能である。また、制御部１５０４は、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１〜Ｅ３によって駆動することが可能である。
【０１０５】
本実施例では、送液分離部１５０２における流れの後段の送液分離ユニット１５２０−ｎになるにつれて、懸濁液の送液分離が進むことを考慮する。制御部１５０４は、制御例として、送液タンク１に近い前段の送液分離ユニット１５２０−ｎ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３側に近い後段の送液分離ユニット１５２０−ｎほど、その電気信号を弱めにする。これにより、送液分離部１５０２の送液分離性能の最適化が図られる。
【０１０６】
また、本実施例では、送液タンク１と送液分離部１５０２との間に通液ユニット１５１０を設置し、この通液ユニット１５１０の内部に濁度検出部１５２７を設けている。濁度検出部１５２７は、通液ユニット１５１０から送液分離ユニット１５２０−１へ供給する懸濁液の濁度を検出する機能を有する。濁度検出部１５２７は、例えば一対の投光器と受光器とを組み合わせて構成され、投光器から通液ユニット１５１０の図示していない光透過窓を通して通液ユニット１５１０に照射した光を通液ユニット１５１０の反対側に設けた図示していない光透過窓を通して受光器で検出する構成とする。制御部１５０４は、濁度検出部１５２７の受光器からの出力信号を受けて、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１〜Ｅ３で制御する。
【０１０７】
［効果等］
上記のように、本実施例の懸濁液送液分離装置１５０９によれば、懸濁液中の濁質を高効率に分離、排出することができる。また、本実施例によれば、各々の送液分離ユニット１５２０−ｎの超音波振動子１５２５−ｎを独立に制御できるので、よりきめ細かな制御により、懸濁液中の濁質の分離性能の向上を図ることができる。
【０１０８】
[実施例４の変形例]
本実施例の変形例としては、図１６に示すように、懸濁液送液分離装置１６０９において、実施例４における懸濁液を液送する上流側の通液ユニット１５１０に加えて、排出ユニット３に排出する直前、即ち送液分離ユニット１５２０−ｎの最後段の後段にも通液ユニット１５１０と同じ機能を有する濁度検出部１５２８を備えた通液ユニット１５１１を設けた構成がある。
【０１０９】
このように、送液分離部１６０２の前後に濁度検出部１５２７と１５２８とを設置して懸濁液中の濁質をモニタすることにより、送液分離ユニット１５２０−ｎで懸濁液中の濁質を分離する前後のデータを得ることができる。制御部１６０４では、濁度検出部１５２７と１５２８とで検出したデータを比較することにより、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、信号駆動部１６４１により、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１１〜Ｅ３１で制御することができる。
【０１１０】
これにより、複数の超音波振動子１５２５−ｎをよりきめ細かに制御することができ、懸濁液中の濁質の分離性能の向上、及び清澄液中の濁質の量の低減を図ることができる。
【０１１１】
また、別の変形例としては、図１６の通液ユニット１５１１ををなくして、濁度検出部１５２８を、図６Ａに示した排出ユニット３の清澄液排出口３４の上部に配置する構成としても良い。制御部１６０４では、濁度検出部１５２７と１５２８とで検出したデータを比較することにより、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、信号駆動部１６４１により、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１１〜Ｅ３１で制御することができる。
【０１１２】
これにより、通液ユニット１５１１ををなくした分だけ装置全体がコンパクトになるとともに、清澄液排出口３４から排出される直前の清澄液中の濁度をより正確に計測することができる。また、この計測結果に基づいて、複数の超音波振動子１５２５−ｎをよりきめ細かに制御することができ、懸濁液中の濁質の分離性能の向上、及び清澄液中の濁質の量の低減を図ることができる。
【０１１３】
更に、別の変形例として、図１６における上流側の通液ユニット１５１０及び濁度検出部１５２７をなくして、排出ユニット３に濁度検出部１５２８を備えた通液ユニット１５１１を設けた構成としても良く、また、通液ユニット１５１０及び通液ユニット１５１１のいずれもなくして、濁度検出部１５２８を排出ユニット３の清澄液排出口３４の上部に配置する構成としても良い。制御部１６０４では、濁度検出部１５２８で検出したデータを用いて、複数の超音波振動子１５２５−ｎを、信号駆動部１６４１により、異なる電圧等を持つ駆動信号Ｅ１１〜Ｅ３１で制御することができる。
【０１１４】
これにより、通液ユニット１５１０と１５１１とををなくした分だけ装置全体をコンパクトにできるとともに、清澄液排出口３４から排出される直前の清澄液中の濁度をより正確に計測することができる。また、この計測結果に基づいて、複数の超音波振動子１５２５−ｎをきめ細かに制御することができ、懸濁液中の濁質の分離性能の向上、及び清澄液中の濁質の量の低減を図ることができる。
【０１１５】
なお、上記した変形例は、実施例１乃至３で説明した構成にも適用することができ、懸濁液中の濁質の分離性能の向上、及び清澄液中の濁質の量の低減を図ることができる。
【０１１６】
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】
【０１１７】
１・・・送液タンク    ２・・・送液分離部    ３・・・排出ユニット    ４・・・制御部    ５・・・清澄液排出部    ６・・・濃縮液排出部    ７・・・薬剤供給ユニット    ８・・・攪拌ユニット    ９・・・懸濁液送液分離装置    １０・・・分流ユニット    ２１a・・・第一平面部    ２１ｂ・・・第二平面部    ２２ａ・・・上面部    ２２ｂ・・・下面部    ２３・・・供給口    ２４・・・排出口    ２５・・・超音波振動子    ２７・・・流量調整部    ２８・・・接続部    ４１・・・信号駆動部    ５１・・・信号駆動部    １０１・・・分流部    １０２・・・分流部供給口    １０３・・・第１分流部排出口    １０２・・・第２分流部排出口。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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