(57)【要約】【課題】流体に含まれる粒子の凝集除去能力を向上する粒子分離装置を提供する。【解決手段】流体に含まれる粒子を凝集除去する粒子分離装置１００は、流体の流路２内に固定して配置された反射板１１ｂと、流路２内で反射板１１ｂに対向して配置され且つ振動動作可能に設けられた金属製の振動板１１ａと、振動板１１ａに超音波振動を与え且つ振動板１１ａを介して流体に超音波を照射する振動子１５と、流体の流れの方向で、振動板１１ａの下流に配置されるフィルタ３とを備える。【選択図】図１
2018134612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に含まれる粒子を凝集除去する粒子分離装置であって、
前記流体の流路内に固定して配置された反射板と、
前記流路内で前記反射板に対向して配置され、振動動作可能に設けられた金属製の振動板と、
前記振動板に超音波振動を与え、前記振動板を介して前記流体に超音波を照射する振動子と、
前記流体の流れの方向で、前記振動板の下流に配置されるフィルタとを備える
粒子分離装置。
【請求項２】
前記振動子は、前記反射板に対して接近及び離れる方向の振動方向で前記振動板を振動させる
請求項１に記載の粒子分離装置。
【請求項３】
前記振動子は、前記振動板の振動方向に積層された複数のピエゾ素子を含む
請求項１または２に記載の粒子分離装置。
【請求項４】
電圧を印加して前記振動子を駆動する駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、４０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下の周波数であり、且つ、前記振動板が１００ｄＢ以上の音圧の振動を発生するような振幅である振動を、前記振動子に発生させる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子分離装置。
【請求項５】
前記駆動部は、８０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下の周波数の振動を前記振動子に発生させる
請求項４に記載の粒子分離装置。
【請求項６】
前記振動板の振動方向での前記振動板の板厚は、２ｍｍ以下である
請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子分離装置。
【請求項７】
前記フィルタは、電石効果の作用を有する材料で構成された濾過フィルタである
請求項１〜６のいずれか一項に記載の粒子分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体中に含まれる粒子を凝集させて除去する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載される装置は、風路を通過する空気に超音波を照射し、空気中の浮遊粒子を凝集除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１８７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される装置では、超音波を発生する超音波振動子は、ポリフッ化ビニリデンであり、風路を形成する枠体の壁面の形状に合わせた形状を有している。ポリフッ化ビニリデンのような有機物材料で構成された超音波振動子は、その超音波の励起作用が弱く、粒子を十分に凝集できない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、流体に含まれる粒子の凝集除去能力を向上する粒子分離装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る粒子分離装置は、流体に含まれる粒子を凝集除去する粒子分離装置であって、前記流体の流路内に固定して配置された反射板と、前記流路内で前記反射板に対向して配置され、振動動作可能に設けられた金属製の振動板と、前記振動板に超音波振動を与え、前記振動板を介して前記流体に超音波を照射する振動子と、前記流体の流れの方向で、前記振動板の下流に配置されるフィルタとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る粒子分離装置によれば、流体に含まれる粒子の凝集除去能力の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る粒子分離装置の構成の一例を示す模式的な断面側面図である。
【図２】図２は、図１の振動空間で発生する定在波の状態を示す模式的な断面側面図である。
【図３】図３は、図１の振動空間の通過前後における空気中の粒子の粒径構成を示す図である。
【図４】図４は、図１の振動子の周波数を変更した場合における振動空間の通過後の空気に含まれる粒子の粒径構成を示す図である。
【図５】図５は、図１の振動空間による粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率を示す図である。
【図６】図６は、図１の振動空間による粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率とフィルタ推定寿命との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る粒子分離装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ（工程）、並びに、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。
【００１１】
［実施の形態］
［１．粒子分離装置の構成］
図１を参照して、実施の形態に係る粒子分離装置１００の構成を説明する。なお、図１は、実施の形態に係る粒子分離装置１００の構成の一例を示す模式的な断面側面図である。実施の形態に係る粒子分離装置１００は、気体等の流体中の粒子を流体から分離する。粒子を分離すべき流体は、液体であっても気体であってもよいが、本実施の形態では、粒子を分離すべき流体が気体である、具体的には空気であるとして、説明する。
【００１２】
粒子分離装置１００は、空気等の流体の流路２を形成する流路枠１を備えている。限定されるものでないが、本実施の形態では、流路枠１は、矩形筒状の形状を有している。そして、流路枠１は、その内部に、矩形状の流路断面を有し且つ直線状に延びる流路２を形成する。流路枠１が形成する流路２は、円形、楕円形、多角形等のいかなる流路断面を有してもよく、屈曲、湾曲等の変化を含む線形であってもよい。
【００１３】
流路枠１は、上壁１ｄと下壁１ｅとを有している。本実施の形態では、粒子分離装置１００は、上壁１ｄを上方とし、下壁１ｅを下方として配置されるが、粒子分離装置１００が配置される向きは、いかなる向きであってもよい。流路枠１は、流路２の上流側に、下壁１ｅから内方へ突出する仕切壁１ｃを有している。仕切壁１ｃは、上壁１ｄとの間に矩形状の間隙を形成し、この間隙は、流路２の流入口１ａを構成する。これにより、流路２の流路断面は、流入口１ａにおいて部分的に絞られている。
【００１４】
粒子分離装置１００は、流路２の下流側の流路枠１の流出口１ｂに、フィルタ３を備えている。フィルタ３は、流出口１ｂを塞ぐように流路断面全体にわたって配置されている。本実施の形態では、フィルタ３は、帯電性を有する繊維で構成されており、例えば、マイクロファイバのような微細な繊維で構成されている。フィルタ３を構成する繊維は、帯電されて、エレクトレット繊維を形成する。フィルタ３は、繊維の電荷が生成するクーロン力によって、フィルタ３を通過する空気から、空気中の粒子を吸引し吸着する。このようなフィルタ３は、エレクトレット繊維のような電石効果の作用を有する材料で構成された濾過フィルタである。限定されるものではないが、本実施の形態では、フィルタ３の繊維間の間隙は、例えば、５μｍ（マイクロメートル）未満であるが、上述のような電石効果により、フィルタ３は、粒径１μｍ未満の粒子を捕捉することができる。
【００１５】
流路枠１では、気体が、流路枠１の外部に配置された送風機等によって、流入口１ａに導入されてもよい。これによって、塵埃等の粒子を含み得る気体は、流入口１ａから流路２に導入され、フィルタ３によって含有粒子の除去を受けて、流出口１ｂから流路枠１の外部に排出される。なお、送風機は、流路枠１内に配置されてもよい。
【００１６】
粒子分離装置１００は、上壁１ｄに固定された反射板１１ｂを、流路枠１内に備えている。反射板１１ｂは、矩形状の平面形状を有し、流入口１ａとフィルタ３との間に配置されている。反射板１１ｂは、その矩形状の主面の全面で上壁１ｄに固定されてもよく、その主面の一部で上壁１ｄに固定されてもよい。反射板１１ｂは、後述するような超音波が照射されたとき、変形、たわみ等を生じないような強度を有することが好ましく、振動を生じないように固定されることが好ましい。また、反射板１１ｂは、照射された超音波を反射するような弾性係数を有することが好ましく、反射の際の超音波の減衰を低く抑えるような界面反射率を有することが好ましい。このような反射板１１ｂは、金属等の剛性のある材料で構成されてよく、剛体であることが好ましい。例えば、反射板１１ｂは、後述する振動子１５の金属ブロック１５ｂと同じ材料で構成されてもよい。この場合、反射板１１ｂは、金属ブロック１５ｂと同様の振動特性を有し、これにより、後述する振動空間１１で生じる振動の制御が容易になる。
【００１７】
粒子分離装置１００は、反射板１１ｂと下壁１ｅとの間に配置された振動板１１ａを、流路枠１内に備えている。振動板１１ａは、流入口１ａとフィルタ３との間に配置されている。振動板１１ａは、矩形状の平面形状を有し、反射板１１ｂと同様の平面形状及び平面寸法を有する。平面形状及び平面寸法は、主面の形状及び寸法である。振動板１１ａは、その一方の主面を、反射板１１ｂにおける上壁１ｄと反対側の主面と対向させて配置されている。振動板１１ａは、反射板１１ｂと略平行に配置されてよい。振動板１１ａは、仕切壁１ｃの上端と同等の高さ位置に配置されている。仕切壁１ｃの上端は、流入口１ａの下端を形成する端部である。振動板１１ａ及び反射板１１ｂは、これらの間に振動空間１１を形成する。振動空間１１は、流路２内に位置し、流入口１ａに連通し、且つ、流入口１ａと同様の形状及び寸法の流路断面を有する。振動空間１１は、フィルタ３を介して流出口１ｂと連通する。
【００１８】
振動板１１ａは、流路枠１に固定されず、流路枠１、流路２及び反射板１１ｂに対して、自由に動作可能である。振動板１１ａは、超音波振動が加えられたとき、振動空間１１内の空気を超音波振動させる、つまり、振動空間１１内の空気に超音波を照射するような構成を有している。振動板１１ａは、超音波振動が加えられたとき、わずかに撓んで、振動空間１１内の空気を振動させる。振動板１１ａは、反射板１１ｂで反射された超音波が照射されるとき、超音波を反射するような弾性係数を有することが好ましく、反射の際の超音波の減衰を低く抑えるような界面反射率を有することが好ましい。このような振動板１１ａは、ステンレス、鉄、ジュラルミン等の金属材料で構成されてよく、剛体であることが好ましい。また、振動板１１ａは、上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向で、薄い厚さを有することが、好ましい。例えば、振動板１１ａの厚さは、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。例えば、振動板１１ａは、後述する振動子１５の金属ブロック１５ｂと同じ材料で構成されてもよい。この場合、振動板１１ａは、金属ブロック１５ｂと同様の振動特性を有し、これにより、振動空間１１で生じる振動の制御が容易になる。
【００１９】
粒子分離装置１００は、振動板１１ａに接合された共振棒１３と、共振棒１３に接続された増幅ホーン１４と、増幅ホーン１４と接続された振動子１５と、振動子１５を駆動する駆動回路１６とをさらに備えている。振動板１１ａ、共振棒１３、増幅ホーン１４及び振動子１５は、振動部１０を構成している。共振棒１３の一端は、振動板１１ａの主面の中心付近で、振動板１１ａと接合されている。共振棒１３は、下壁１ｅを貫通して、流路枠１の外部に延びる。流路枠１の外部の共振棒１３の他端には、増幅ホーン１４の一方の端部が接続されている。増幅ホーン１４の他方の端部には、振動子１５が接続されている。本実施の形態では、振動板１１ａは、共振棒１３にのみ固定されている。
【００２０】
振動子１５は、上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向に積層された複数の圧電素子１５ａと、複数の圧電素子１５ａを積層方向の両側から挟持する２つの金属ブロック１５ｂとを備える。２つの金属ブロック１５ｂは、例えば、圧電素子１５ａ及び金属ブロック１５ｂを貫通するボルト等の締結部材によって締め付けられており、圧電素子１５ａと一体化している。一方の金属ブロック１５ｂは、増幅ホーン１４と接続され、圧電素子１５ａが発生する振動を増幅ホーン１４に伝達する。圧電素子１５ａは、交流電圧が印加されることによって、上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向に、たわみ、伸縮等の変形を伴った振動を生じる。複数の圧電素子１５ａに位相が異なる交流電圧が印加されることによって、複数の圧電素子１５ａは、上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向に、金属ブロック１５ｂを往復振動させ、それにより、振動子１５を往復振動させる、具体的には、超音波振動させる。圧電素子１５ａは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電セラミックス等で構成されるピエゾ素子であってよい。上述のような振動子１５は、ランジュバン型振動子とも呼ばれる。なお、振動子１５を構成する圧電素子１５ａは、１つであってもよく、積層されずに平面的に配列されてもよい。
【００２１】
駆動回路１６は、交流電源である電源２０から供給される交流電圧の電圧値、周波数及び位相等を調節して、調節後の電圧を各圧電素子１５ａに印加する。駆動回路１６は、振動子１５が上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向の超音波振動を発生するように、複数の圧電素子１５ａの間で位相を異ならせた交流電圧を印加する。電源２０は、商用電源であってもよく、粒子分離装置１００が何らかの装置に搭載される場合、この装置の電源であってもよい。電源２０は、直流電源であってもよく、この場合、駆動回路１６は、直流電力を、交流電力に変換する、又は、パルス信号として出力する等の処理を行ってもよい。
【００２２】
増幅ホーン１４は、内部に音響空間を形成する中空構造を有している。両端が開口された音響空間の一方の開口が、振動子１５によって塞がれ、音響空間の他方の開口が、共振棒１３によって塞がれる。音響空間は、振動子１５が超音波振動することによって音響空間内に形成する音響信号を増幅して、共振棒１３に伝達する。共振棒１３は、増幅ホーン１４から伝達される増幅後の音響信号による超音波振動と共振し、超音波である共振波を形成する。共振棒１３は、形成した共振波である超音波振動を振動板１１ａに伝達し、振動板１１ａを超音波振動させる。共振棒１３は、上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向に、振動板１１ａを往復振動させる。
【００２３】
［２．粒子分離装置の動作］
図１及び図２を参照して、実施の形態に係る粒子分離装置１００の動作を説明する。なお、図２は、図１の振動空間１１で発生する定在波Ｗの状態を示す模式的な断面側面図である。図２では、わかりやすいように、定在波Ｗが大幅に拡大して示されている。駆動回路１６が振動子１５に交流電圧を印加すると、振動子１５は、流路枠１の上壁１ｄから下壁１ｅに向かう方向に、往復振動し、それにより、振動板１１ａが同様の方向に、往復振動する。つまり、振動板１１ａは、反射板１１ｂに対して接近する方向及び離れる方向に、超音波振動する。このとき、振動板１１ａは、振動空間１１の空気に超音波を照射する。
【００２４】
照射された超音波は、空気内を伝達して反射板１１ｂに到達した後、反射板１１ｂで反射され、再び、振動板１１ａへ戻るように進む。振動板１１ａから反射板１１ｂに進む超音波の進行波と、反射板１１ｂから振動板１１ａに進む超音波の反射波とは、互いに干渉し、振動空間１１内において、進行波及び反射波の合成波を生成する。反射板１１ｂは、流路枠１に固定されているため、合成波は、反射板１１ｂを固定端とする。また、超音波の波長をλとすると、振動板１１ａと反射板１１ｂとの間の間隙の距離は、ｎ×λ／２（ｎは整数）程度の距離を満たすように設定されており、例えば、５ｃｍ程度の距離とされてよい。これにより、合成波は、図２に示すように、振動板１１ａの主面と反射板１１ｂの主面とをそれぞれ節Ｗｂとする定在波Ｗを形成する。定在波Ｗにおいて、節Ｗｂでは、空気の密度が高く、腹Ｗａでは、空気の密度が低い。よって、振動空間１１内では、空気が密な部分と疎な部分とが形成される。
【００２５】
流路枠１の流入口１ａに空気が導入されると、空気は、流入口１ａから振動空間１１に流入する。振動空間１１内では、空気に含まれる粒子は、空気が疎な部分を中心に通って移動する。このため、図２の一点鎖線によって例示されるように、粒子は、定在波Ｗの腹Ｗａ及びその近傍を通るように移動する。また、定在波Ｗの腹Ｗａは、定在波Ｗにおいて最も振幅が大きい部位である。このため、粒子は、定在波Ｗによって超音波振動をさせられ、それにより、互いに凝集し粗大化する。例えば、凝集した粒子は、フィルタ３の繊維の間隔よりも大きい５μｍ以上の粒径を有することができる。
【００２６】
粗大化した粒子は、空気と共に、振動空間１１から流出し、フィルタ３に流入する。粗大化した粒子は、繊維の間を通ってフィルタ３の内部に侵入できず、フィルタ３の表面で繊維にひっかかるようにしてフィルタ３に捕捉される。このため、粒子によるフィルタ３の目詰まりが抑えられ、フィルタ３は、空気の通過及び粒子の捕捉を長期間にわたって維持することができる。
【００２７】
例えば、図３を参照すると、駆動回路１６が振動子１５を４０ｋＨｚ（キロヘルツ）の周波数で振動させる場合における振動空間１１の上下流での空気の粒子構成が示されている。このとき、振動板１１ａも、周波数４０ｋＨｚで振動する。また、振動板１１ａは、３ｍｍ厚であり、約２０ｃｍ×約２０ｃｍの平面形状を有し、材質は、ジュラルミンＡ５０５２である。なお、図３は、図１の振動空間１１の通過前後における空気中の粒子の粒径構成を示す図である。図３において、横軸では、粒子径（単位：μｍ）が対数表示され、縦軸では、粒子全体における各粒子径の粒子の構成比率（単位：重量％）が示されている。図３において、ＩＮで示される実線は、振動空間１１の通過前の空気における粒子の粒径構成を示し、ＯＵＴで示される一点鎖線は、振動空間１１の通過後の空気における粒子の粒径構成を示す。図３では、振動空間１１の通過後の空気を振動空間１１の通過前の空気と比較すると、粒径３μｍ以下の粒子の構成比率が大きく減少し、粒径５μｍ以上の粒子の構成比率が大幅に増加している。よって、振動空間１１において、空気中の粒子は、フィルタ３の目詰まりを抑えるような粒径構成を有するように、凝集し粗大化し得る。上記結果から、振動板１１ａの板厚が、３ｍｍ以下であること、及び、振動子１５の周波数が４０ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００２８】
また、図４を参照すると、駆動回路１６が振動子１５を振動させる周波数を変化させた場合における振動空間１１の下流での空気の粒子構成が示されている。なお、図４は、図１の振動子１５の周波数を変更した場合における振動空間１１の通過後の空気に含まれる粒子の粒径構成を示す図である。また、振動板１１ａは、３ｍｍ厚であり、約２０ｃｍ×約２０ｃｍの平面形状を有し、材質は、ジュラルミンＡ５０５２である。図４において、横軸では、粒子径（単位：μｍ）が対数表示され、縦軸では、粒子全体における各粒子径の粒子の構成比率（単位：重量％）が示されている。図４には、振動子１５を振動させないケースが破線表示され、振動子１５の周波数が５０ｋＨｚであるケースが実線表示され、振動子１５の周波数が１００ｋＨｚであるケースが一点鎖線表示され、振動子１５の周波数が１１０ｋＨｚであるケースが二点鎖線表示されている。
【００２９】
振動子１５を振動させないケースと比較すると、振動子１５の周波数が５０ｋＨｚであるケースでは、図３の例と類似した変化が２つのケースの間に生じている。振動子１５の周波数が１００ｋＨｚ及び１１０ｋＨｚであるケースではそれぞれ、粒径３μｍ以下の粒子の構成比率が大きく減少し、粒径５μｍ以上の粒子の構成比率が大幅に増加している。特に、振動子１５の周波数が１１０ｋＨｚであるケースでは、振動子１５の周波数が１００ｋＨｚであるケースよりも、粒径５μｍ以上の粒子の構成比率が大幅に大きくなり、粒径３μｍ以下の粒子の構成比率が大幅に小さくなり、特に、粒径１μｍ以下の粒子がほとんど含まれなくなる。よって、振動子１５の周波数が大きくなるほど、粒子の凝集効率が高くなる。なお、振動子１５の周波数が１６０ｋＨｚ超になると、振動板１１ａから生じる超音波の減衰が大きくなり、良好な定在波が形成されにくくなる。
【００３０】
また、図５を参照すると、駆動回路１６が振動子１５を振動させる周波数を変化させた場合における振動空間１１の下流での空気の粒子構成が示されている。具体的には、粒径２μｍ以下の粒子のうちで凝集により粗大化した粒子の割合、つまり、凝集粗大化率が示されている。図５は、図１の振動空間１１による粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率を示す図である。図５において、横軸では、周波数（単位：ｋＨｚ）が示され、縦軸では、粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率（単位：重量％）が示されている。また、範囲Ａでは、振動板１１ａは、３ｍｍ厚であり、約２０ｃｍ×約２０ｃｍの平面形状を有し、材質は、ジュラルミンＡ５０５２である。範囲Ｂでは、振動板１１ａは、２ｍｍ厚であり、約２０ｃｍ×約２０ｃｍの平面形状を有し、材質は、ジュラルミンＡ５０５２である。振動子１５の周波数が大きくなるほど、粒径２μｍ以下の粒子の凝集効率が高くなる。さらに、周波数１００ｋＨｚ付近の結果から、振動板１１ａの板厚が小さくなるほど、粒径２μｍ以下の粒子の凝集効率が高くなる。よって、振動板１１ａの板厚が２ｍｍ以下であることが、さらに好ましい。また、図５の結果から、振動子１５の周波数が８０ｋＨｚ以上であることが、特に、粒子の凝集効率の点から好ましい。
【００３１】
また、図６を参照すると、粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率と、フィルタ３の推定寿命との関係が示されている。図６は、図１の振動空間１１による粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率とフィルタ推定寿命との関係を示す図である。図６において、横軸では、粒径２μｍ以下の粒子の凝集粗大化率（単位：重量％）が示され、縦軸では、フィルタ３の推定寿命として延命倍率が示されている。フィルタ３の延命倍率は、振動空間１１の空気に振動板１１ａから超音波を照射しない場合のフィルタ３の推定寿命を基準寿命とした場合の、各凝集粗大化率のケースでのフィルタ３の推定寿命の基準寿命に対する倍率である。凝集粗大化率が上昇するほど、フィルタ３の延命倍率が大きくなる。
【００３２】
また、図３〜図６に示す全ての例において、振動板１１ａによる振動の音圧が１００ｄＢ（デシベル）以上となるように、振動子１５の振幅を設定することによって、振動空間１１内で凝集粗大化した粒子は、振動空間１１の下流のフィルタ３に円滑に搬送され得る。例えば、振動板１１ａの音圧が１００ｄＢ未満である場合、凝集粗大化した粒子が、振動空間１１内で浮遊しつつ空気と共に運ばれずに、下方に落下する可能性が高くなる。落下した粒子は、振動板１１ａ上等の流路枠１内の様々な場所で堆積し、フィルタ３によって補足されない可能性がある。これにより、振動板１１ａ及び共振棒１３の動作に支障が生じる可能性がある。
【００３３】
［３．効果など］
上述したように、実施の形態に係る粒子分離装置１００は、流体に含まれる粒子を凝集除去する。粒子分離装置１００は、流体の流路２内に固定して配置された反射板１１ｂと、流路２内で反射板１１ｂに対向して配置され且つ振動動作可能に設けられた金属製の振動板１１ａと、振動板１１ａに超音波振動を与え且つ振動板１１ａを介して流体に超音波を照射する振動子１５と、流体の流れの方向で、振動板１１ａの下流に配置されるフィルタ３とを備える。
【００３４】
上記構成において、超音波振動する振動子１５は、振動板１１ａと反射板１１ｂとの間の空気に、超音波を照射し、それにより、反射板１１ｂに向かう進行波と、反射板１１ｂで反射した反射波とが形成される。進行波と反射波とは、干渉及び合成し合い、固定された反射板１１ｂの主面を固定端する定在波Ｗを形成する。定在波Ｗは、流体中の粒子を凝集させる。凝集粒子は、定在波Ｗの腹Ｗａ周辺を通過することによって、流体と共に、下流へ円滑に搬送される。搬送された凝集粒子は、フィルタ３に捕捉され、流体から除去される。凝集粒子は、その粒径を増大させているため、フィルタ３の表面付近に留まり、フィルタ３の内部に侵入してフィルタ３を目詰まりさせることを抑えることができる。よって、フィルタ３の耐久性が向上する。従って、粒子分離装置１００は、流体に含まれる粒子の凝集除去能力の向上及び安定化を可能にする。
【００３５】
実施の形態に係る粒子分離装置１００において、振動子１５は、反射板１１ｂに対して接近及び離れる方向の振動方向で振動板１１ａを振動させる。上記構成によると、振動板１１ａは、振動板１１ａと反射板１１ｂとの間の空気に、振動板１１ａから反射板１１ｂに向かう方向の超音波を照射することができる。よって、振動板１１ａと反射板１１ｂとの間で、超音波の定在波Ｗが効果的に形成される。
【００３６】
実施の形態に係る粒子分離装置１００において、振動子１５は、振動板１１ａの振動方向に積層された複数のピエゾ素子としての圧電素子１５ａを含む。上記構成において、複数の圧電素子１５ａは、振動板１１ａから反射板１１ｂに向かう方向の超音波振動を効果的に生成することができる。
【００３７】
実施の形態に係る粒子分離装置１００は、電圧を印加して振動子１５を駆動する駆動部としての駆動回路１６をさらに備える。駆動回路１６は、振動子１５に振動を発生させ、その振動は、４０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下の周波数であり、且つ、振動板１１ａが１００ｄＢ以上の音圧の振動を発生するような振幅を有する。上記構成において、振動子１５の超音波振動の周波数が４０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下であることによって、流体中の粒子を効果的に凝集させることが可能になる。さらに、振動板１１ａが１００ｄＢ以上の音圧の振動を発生することによって、凝集した粒子は、浮遊状態を維持し、流体と共にフィルタ３にまで効率的に搬送される。よって、フィルタ３による粒子の効率的な捕捉が可能になる。
【００３８】
実施の形態に係る粒子分離装置１００において、駆動回路１６は、８０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下の周波数の振動を振動子１５に発生させる。上記構成において、振動子１５の超音波振動の周波数が８０ｋＨｚ以上１６０ｋＨｚ以下であることによって、流体中の粒子をより効果的に凝集させることが可能になる。
【００３９】
実施の形態に係る粒子分離装置１００において、振動板１１ａの振動方向での振動板１１ａの板厚は、２ｍｍ以下である。上記構成において、振動板１１ａが２ｍｍ以下の薄い板厚を有することによって、振動板１１ａは、振動空間１１に超音波を効果的に照射して振動させ、振動板１１ａと反射板１１ｂとの間で、定在波Ｗを効果的に形成する。
【００４０】
実施の形態に係る粒子分離装置１００において、フィルタ３は、電石効果の作用を有する材料で構成された濾過フィルタである。上記構成において、フィルタ３は、その構成材が有する静電力によって、流体中の微少な粒子を捕捉することができる。
【００４１】
［４．その他］
以上、本発明に係る粒子分離装置について、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００４２】
実施の形態に係る粒子分離装置１００は、種々の装置に適用可能である。例えば、粒子分離装置１００は、空気清浄機、給気換気設備、自動車の室内浄化装置、自動車の吸気装置、自動車の排気装置、塗装ライン又はブースの集塵装置、工業的な塵埃処理設備、クリーンルームの集塵装置等の種々の集塵装置又は集塵設備に組み込まれてよい。
【００４３】
実施の形態に係る粒子分離装置１００では、一組の振動板１１ａ及び反射板１１ｂが配置されていたが、これに限定されるものでない。２つ以上の振動板１１ａ及び／又は２つ以上の反射板１１ｂが設けられてもよい。２つ以上の振動板１１ａが、別々の振動子１５によって振動されてよく、この場合、２つ以上の振動板１１ａの間で振動の周波数を異ならせてもよく、同一にしてもよい。２つ以上の振動板１１ａが、別々の振動子１５によって振動されることによって、各振動板１１ａの小型化が可能である。振動板１１ａの寸法が大きすぎると、振動子１５から伝達する超音波振動が、振動板１１ａで減衰する可能性がある。
【００４４】
上記の実施の形態では、粒子を含む流体が、空気等の気体である例について示したが、水等の液体でもよい。
【００４５】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
２  流路
３  フィルタ
１１ａ  振動板
１１ｂ  反射板
１５  振動子
１５ａ  圧電素子（ピエゾ素子）
１６  駆動回路（駆動部）
１００  粒子分離装置
【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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