(57)【要約】  超音波を用いた懸濁液処理装置に関して、駆動時の消費電力を低減することができる技術を提供する。懸濁液処理装置１Ａは、懸濁液が流れる流路部３０が構成される懸濁液処理部３Ａと、懸濁液処理部３Ａの駆動を制御する駆動制御部２Ａとを備える。懸濁液処理部３Ａは、流路部３０に、第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂが設けられる。駆動制御部２Ａは、信号増幅器２２を含む。第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂは、信号増幅器２２を介して電気的に接続され、第１の振動子４０ａと第２の振動子４０ｂとの間に超音波を発生する。
2015025395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁液が流れる流路部が構成される懸濁液処理部と、
前記懸濁液処理部を駆動する駆動部と、
を備え、
前記懸濁液処理部は、前記流路部の少なくとも一部の領域を挟むように、第１の振動子及び第２の振動子を含む２つ以上の振動子が設けられ、
前記駆動部は、信号増幅部を含み、
前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記信号増幅部を介して電気的に接続され、
前記信号増幅部は、前記第２の振動子からの電気信号を増幅して前記第１の振動子へ入力し、
前記第１の振動子と前記第２の振動子との間の前記流路部の領域に超音波を発生させることにより、前記懸濁液から微粒子または固形物を分離する処理を行う、懸濁液処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記第１の振動子及び第２の振動子と前記信号増幅部との電気的な接続のオン及びオフ状態を切り替えるスイッチを有する、懸濁液処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記信号増幅部による前記第１の振動子へ入力する電気信号の大きさを制限する出力制御部を有する、懸濁液処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記信号増幅部による前記第１の振動子へ入力する電気信号を検出する信号検出部を有する、懸濁液処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記流路部を構成する構造体の面の内側または外側において、前記第１の振動子の振動面と前記第２の振動子の振動面とが平行に対向する配置で設けられ、
前記第１の振動子は、前記信号増幅部からの電気信号を振動面から超音波に変換して前記流路部の領域内へ放射し、
前記第２の振動子は、前記流路部の領域内からの超音波を振動面で受けて電気信号に変換して前記信号増幅部へ出力する、懸濁液処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
外部から懸濁液を前記流路部内へ供給する１つ以上の供給口と、
前記流路部内から処理液を外部へ排出する第１の排出口、及び第２の排出口を含む２つ以上の排出口と、
を有し、
前記第１の排出口は、前記懸濁液から分離された微粒子または固形物を相対的に多く含む第１の処理液を排出し、
前記第２の排出口は、前記懸濁液から分離された微粒子または固形物を相対的に少なく含む第２の処理液を排出する、懸濁液処理装置。
【請求項７】
請求項６記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
前記第１の振動子の近傍の位置に前記第２の排出口を有し、
前記第２の振動子の近傍の位置に前記供給口を有し、
前記第２の排出口と前記供給口との間の位置に前記第１の排出口を有する、懸濁液処理装置。
【請求項８】
請求項６記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
前記第１の振動子の近傍の位置に前記第２の排出口を有し、
前記第２の振動子の近傍の位置に前記第１の排出口を有し、
前記第２の排出口と前記第１の排出口との間の位置に前記供給口を有する、懸濁液処理装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記第１の振動子及び第２の振動子の少なくとも１つに開口部を有し、
前記開口部を有する振動子の位置に、前記供給口、第１の排出口、または第２の排出口が設けられる、懸濁液処理装置。
【請求項１０】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部における前記流路部は、２つ以上に分岐する形状を持つ構造体により構成され、
前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記流路部の分岐しない側の第１の領域を挟むように設けられる、懸濁液処理装置。
【請求項１１】
請求項６記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部における前記流路部は、２つ以上に分岐する形状を持つ構造体により構成され、
前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記流路部の分岐しない側の第１の領域を挟むように設けられ、
前記分岐しない側の第１の領域に前記供給口を有し、前記分岐する側の第１の分岐の領域に前記第１の排出口を有し、前記分岐する側の第２の分岐の領域に前記第２の排出口を有する、懸濁液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁液処理の技術に関する。また本発明は、超音波を用いた懸濁液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例における超音波を用いた懸濁液処理装置は、懸濁液が流れる流路部を介して超音波振動子と反射板との対が配置され、外部の駆動制御用の回路として、ファンクションジェネレータ等を有する。ファンクションジェネレータは、超音波振動子に与える制御用の波形信号を生成する波形生成器である。懸濁液処理装置は、超音波振動子への波形信号の印加により、超音波振動子と反射板との間で超音波による音場を発生させ、流路部内の微粒子ないし固形物等を捕捉する。これにより懸濁液から固形物等が分離される。【０００３】
上記懸濁液処理に関する先行技術例として、特許第２７２３１８２号（特許文献１）、特開２００４−２４９５９号公報（特許文献２）が挙げられる。【０００４】
特許文献１は、複数の電極を有する矩形振動子から発振する超音波を用いた、懸濁液中の微粒子の非接触マニュピレーション方法について記載されている。【０００５】
特許文献２は、流路中に振動子と反射板が平行に設置され、超音波が反射板で反射され、流路中に生成される定在波の音場の音圧の節もしくは腹に微小物体を捕捉することが記載されている。特許文献２のように、単一の振動子と反射板との組合せでも、振動子への入力信号の変調により、液中の固形物の濃縮及び分離が可能である。【０００６】
上記いずれの先行技術例も、超音波振動子から発生する超音波を用いて、非接触で、懸濁液ないし液体媒質中の微粒子ないし固形物等を、捕捉、搬送、濃縮、分離、またはフィルタリング等を行う技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７２３１８２号
【特許文献２】特開２００４−２４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の超音波を用いた懸濁液処理装置は、懸濁液処理の駆動時の回路の構成及び回路の消費電力に関して課題がある。上述の先行技術例のいずれの技術でも、振動子から超音波を発生させる駆動のためには、ファンクションジェネレータで生成した波形信号を増幅して振動子に入力する必要がある。このため、懸濁液処理装置は、駆動制御用の回路として、上記ファンクションジェネレータ等の回路を具備する必要があり、これらの回路を駆動するための電力が必要である。【０００９】
本発明の目的は、超音波を用いた懸濁液処理装置に関して、駆動時の消費電力を低減することが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】
【００１０】
本発明のうち代表的な実施の形態は、超音波を用いた懸濁液処理装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。【００１１】
一実施の形態の懸濁液処理装置は、懸濁液が流れる流路部が構成される懸濁液処理部と、前記懸濁液処理部を駆動する駆動部と、を備え、前記懸濁液処理部は、前記流路部の少なくとも一部の領域を挟むように、第１の振動子及び第２の振動子を含む２つ以上の振動子が設けられ、前記駆動部は、信号増幅部を含み、前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記信号増幅部を介して電気的に接続され、前記信号増幅部は、前記第２の振動子からの電気信号を増幅して前記第１の振動子へ入力し、前記第１の振動子と前記第２の振動子との間の前記流路部の領域に超音波を発生させることにより、前記懸濁液から微粒子または固形物を分離する処理を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、超音波を用いた懸濁液処理装置に関して、駆動時の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波を用いた懸濁液処理装置を含むシステムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の懸濁液処理装置の懸濁液処理部の構造をＸＺ断面で示す図である。
【図３】図２の懸濁液処理部の超音波に関する動作原理をＸＺ断面で示す図である。
【図４】実施の形態１の懸濁液処理装置による懸濁液処理の効果を比較例との対比で示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２の超音波を用いた懸濁液処理装置を含むシステムの構成を示す図である。
【図６】実施の形態２の懸濁液処理装置の懸濁液処理部の構造をＸＺ断面で示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施の形態２の懸濁液処理部の第１の振動子及び排出口の付近の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３の超音波を用いた懸濁液処理装置を含むシステムの構成を示す図である。
【図９】実施の形態３の懸濁液処理装置の懸濁液処理部の構造をＸＺ断面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。説明上の方向として、Ｘ，Ｙ，Ｚを用いる。Ｘ，Ｙは水平面を構成する方向とし、Ｚは鉛直方向とする。説明上、分離等の処理対象となる微粒子ないし固形物等を「固形物」と略称する場合がある。
【００１５】
＜概要等＞
各実施の形態の懸濁液処理装置は、浄水の用途に好適な構成を有する。懸濁液処理装置による懸濁液処理ないし浄水処理として、工場排水などの懸濁液を、微粒子ないし固形物等を多く含む濃縮液と、それ以外の清澄液とに分離する。
【００１６】
各実施の形態の懸濁液処理装置は、懸濁液が流れる流路部が構成される懸濁液処理部と、懸濁液処理部を駆動する信号増幅器を含む駆動制御部とを備える。懸濁液処理部は、流路部を挟むように、一対の振動子が設けられる。第１の振動子及び第２の振動子は、信号増幅器を介して電気的に接続される。一対の振動子及び信号増幅器による回路における自励振動により、振動子間の流路部に振動による超音波を発生させ、流路部内に音場を形成する。当該音場において流路部内を流れる懸濁液から微粒子ないし固形物等が捕捉されて分離される。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１〜図４等を用いて、本発明の実施の形態１の超音波を用いた懸濁液処理装置について説明する。実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａは、流路部３０を構成する懸濁液処理部３Ａに一対の振動子４０が配置され、一対の振動子４０が信号増幅器２２を介して電気的に接続される。当該振動子４０及び信号増幅器２２による回路における自励振動により、流路部３０の振動子４０間に超音波による音場を発生する。当該音場において流路部３０内の懸濁液５１に含まれる固形物が捕捉され分離される。
【００１８】
［懸濁液処理装置及びシステム］
図１は、実施の形態１の超音波を用いた懸濁液処理装置１Ａを含むシステムの構成を示す。図１では、懸濁液処理装置１Ａを使用して懸濁液を処理するシステムの構成例を示している。図１のシステム全体は、懸濁液処理装置１Ａと、懸濁液槽１１と、送液ポンプ１４と、濃縮液槽１２と、清澄液槽１３とを含む構成である。
【００１９】
実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａは、懸濁液処理部３Ａと、それに接続される駆動制御部２とを備える。懸濁液処理部３Ａは、流路部３０（後述の図２）が構成され、懸濁液５１が流れて処理され、濃縮液５２と清澄液５３とに分離されて排出される。駆動制御部２は、懸濁液処理部３Ａを駆動する制御を行う回路部である。懸濁液処理装置１Ａによる懸濁液処理の機能として、一対の振動子（後述の図２）による超音波を用いて、懸濁液５１を濃縮液５２と清澄液５３とに分離する。
【００２０】
懸濁液槽１１は、懸濁液５１で満たされる槽である。懸濁液槽１１と送液ポンプ１４とが送液管６０で接続され、送液ポンプ１４と懸濁液処理部３Ａの供給口３１（後述の図２）とが送液管６１で接続される。送液ポンプ１４により、懸濁液槽１１の懸濁液５１を、送液管６０及び送液管６１を通じて、懸濁液処理部３Ａの供給口３１に供給する。
【００２１】
濃縮液槽１２は、濃縮液５２が排出される槽である。濃縮液槽１２は、送液管６２を通じて、懸濁液処理部３Ａの第１の排出口である濃縮口３２（後述の図２）と接続され、懸濁液処理部３Ａからの濃縮液５２が排出される。
【００２２】
清澄液槽１３は、清澄液５３が排出される槽である。清澄液槽１３は、送液管６３を通じて、懸濁液処理部３Ａの第２の排出口である清澄口３３（後述の図２）と接続され、懸濁液処理部３Ａからの清澄液５３が排出される。
【００２３】
懸濁液５１は、液体中に微粒子ないし固形物等が分散した処理対象の懸濁液であり、例えば工場排水である。懸濁液５１は、懸濁液処理装置１Ａによる懸濁液処理により、濃縮液５２と清澄液５３とに分離されて排出される。
【００２４】
濃縮液５２は、懸濁液５１が処理された結果の処理液のうち、固形物を相対的に多く含む処理液ないし排出液である。清澄液５３は、懸濁液５１が処理された結果の処理液のうち、濃縮液５２以外の処理液であり、固形物を相対的に少なく含む処理液ないし排出液である。
【００２５】
［懸濁液処理部］
図２は、図１の懸濁液処理部３Ａの構造及び流れ等をＸＺ断面で示す。懸濁液処理部３Ａは、主に、流路部３０を構成する管状構造体３５Ａと、流路部３０の領域を挟んで設けられる一対の振動子４０とを備える。流路部３０の管状構造体３５は、開口部として、供給口３１、濃縮口３２、及び排出口３３が設けられる。
【００２６】
懸濁液処理装置３Ａは、管状構造体３５Ａによる流路部３０が、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の空間内において図示の通りに配置される。即ち、管状構造体３５Ａによる流路部３０は、長軸がＸ方向に配置され、半径及び短軸がＺ方向及びＹ方向に配置される。管状構造体３５ＡのＹＺ断面は例えば円形である。管状構造体３５Ａは、少なくとも３つ以上の面を持つ。管状構造体３５Ａの面のうちＸ方向で対向する２つの面に一対の振動子４０が配置され、他の面である管状の側面に供給口３１等が設けられる。
【００２７】
流路部３０は、供給口３１から懸濁液５１が流入し、一対の振動子４０間での超音波による音場の作用により分離等の処理がされる。処理された懸濁液５１は、一方は、第１の排出口である濃縮口３２から濃縮液５２として排出され、他方は、第２の排出口である排出口３３から清澄液５３として排出される。なお流路部３０内は懸濁液５１ないしその処理液が満たされるが図示は省略する。
【００２８】
供給口３１は、送液管６１のＺ方向下向きの端部と接続され、懸濁液５１が流入する。供給口３１は、管状構造体３５Ａの円形断面の側面におけるＸ方向右端部付近にＺ方向上向きに開口する配置で設けられる。
【００２９】
濃縮口３２は、第１の排出口であり、送液管６２のＺ方向上向きの端部と接続され、濃縮液５２を排出する。濃縮口３２は、管状構造体３５ＡにおけるＸ方向中間付近の位置にＺ方向下向きに開口する配置で設けられる。
【００３０】
排出口３３は、第２の排出口であり、送液管６３のＺ方向下向きの端部と接続され、清澄液５３を排出する。排出口３３は、管状構造体３５Ａの側面におけるＸ方向左端部付近にＺ方向上向きに開口する配置で設けられる。
【００３１】
流路部３０内は、懸濁液５１等の流れとしてｆ１，ｆ２，ｆ３のような流れを有する。ｆ１のようにＸ方向右側の供給口３１から流路部３０内に懸濁液５１が流入する。流入した懸濁液５１は、流路部３０内を、上流であるＸ方向右側から、長軸であるＸ方向を経由して、下流であるＸ方向左側へ向かって流れる。ｆ１の流れのうち一方は、ｆ２のようにＸ方向中間付近で濃縮口３２から濃縮液５２として排出される。ｆ１の流れのうち他方は、ｆ３のようにＸ方向左側の下流の排出口３３から清澄液５３として排出される。
【００３２】
懸濁液５１の流れる向きは、送液管６１内と流路部３０内とでｆ１のようにＺ方向下向きからＸ方向左向きへ変わる。濃縮液５２の流れる向きは、流路部３０内と送液管６２内とでｆ２のようにＸ方向左向きからＺ方向下向きへ変わる。清澄液５３の流れる向きは、流路部３０内と送液管６３内とでｆ３のようにＸ方向左向きからＺ方向上向きへ変わる。
【００３３】
実施の形態１では、Ｘ方向が長軸の流路部３０において、流れる懸濁液５１から、超音波の作用により固形物が捕捉される。捕捉された固形物は、凝集による自重によりＺ方向下方へ沈降する。これにより流路部３０は、Ｚ方向下方の底部の方が固形物が多く集まる。これに対応させて、流路部３０における濃縮口３２は、Ｘ方向における右側の供給口３１と左側の排出口３３との間において、Ｚ方向下方にある底部における任意の位置に設けられる。特に、実施の形態１では、濃縮口３２は、流路部３０の底部のＸ方向中間付近の位置に設けられる。また、流路部３０における排出口３３は、Ｘ方向右側でＺ方向上方の位置に設けられる。
【００３４】
［振動子］
一対の振動子４０である第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂは、信号増幅器２２を介して電気的に接続される。第１の振動子４０ａ、第２の振動子４０ｂ、及び信号増幅器２２は、流路部３０を介在した回路を構成し、当該回路により自励振動が生じる。
【００３５】
振動子４０は、超音波振動子であり、電気信号と振動による超音波とを変換する素子である。振動子４０は、例えば振動面を持つ振動板と電極とが接続された構造である。振動子４０の電極は、導線を通じて、信号増幅器２２に接続される。第１の振動子４０ａは、電気信号Ｅ１の入力側であり、導線を通じて、信号増幅機２２の出力側に接続される。第２の振動子４０ｂは、電気信号Ｅ２の出力側であり、導線を通じて、信号増幅機２２の入力側に接続される。
【００３６】
一対の振動子４０である第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂは、流路部３０の長軸における懸濁液５１が流れる領域を挟むようにＸ方向左右両端に分かれて設けられる。一対の振動子４０は、流路部３０内の主な流れの方向であるＸ方向の直線上に、第１の振動子４０ａの振動面ｓ１と第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２とが平行に対向するように配置される。一対の振動子４０は、懸濁液５１で満たされる流路部３０のうち少なくとも一部の領域、実施の形態１では長軸の流れのＸ方向のほぼ全体の領域を挟むように配置される。
【００３７】
流路部３０の上流のＸ方向右側の端部のＹＺ平面に第２の振動子４０ｂが配置され、下流のＸ方向左側の端部のＹＺ平面に第１の振動子４０ａが配置される。第１の振動子４０ａは、ａ１のように流路部３０内のＸ方向右方へ超音波を放射する。第２の振動子４０ｂは、ａ２のように流路部３０内からのＸ方向右方への超音波を受ける。
【００３８】
また一対の振動子４０の配置に対応させて、供給口３１及び排出口３３が配置されている。即ち、供給口３１は、流路部３０の管状構造体３５Ａの側面においてＸ方向右端の第２の振動子４０ｂの近傍である左隣に配置されている。排出口３３は、流路部３０の管状構造体３５Ａの側面においてＸ方向左端の第１の振動子４０ａの近傍である右隣に配置されている。
【００３９】
第１の振動子４０ａの振動面ｓ１と第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２とは、流路部３０の短軸の方向に対応したＹＺ平面で平行に対向する。各振動面は、流路部３０内のＸ方向を向いて配置される。各振動面のＸ方向の中心軸が一致する。振動子４０のＹＺ平面は、管状構造体３５Ａの断面形状に対応させて例えば円形であるが、これに限らず矩形なども可能である。
【００４０】
第１の振動子４０ａの振動面ｓ１は、流路部３０の左端の面において流路部３０内に露出するように接続される。第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２は、流路部３０の右端の面において流路部３０内に露出するように接続される。なお変形例として、第１の振動子４０ａの振動面ｓ１は、流路部３０の左端の面の外側に接触して接続されてもよい。第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２は、流路部３０の左端の面の外側に接触して接続されてもよい。
【００４１】
［駆動制御部］
図１の駆動制御部２は、スイッチ２１と、信号増幅器２２と、信号検出器２３と、出力制御部２４と各部を接続する配線とを含む回路の構成を有する。駆動制御部２は、例えば電子回路基板などで実装される。なお駆動制御部２は、図示しない電源部と接続され、電源部から信号増幅器２２等に対して電力が供給される。
【００４２】
スイッチ２１は、懸濁液処理装置１Ａの利用者の操作に基づき、信号増幅器２２と振動子４０との電気的接続におけるオン及びオフ状態を切り替える。懸濁液処理の際には、利用者によるスイッチ２１のオンにより、一対の振動子４０及び信号増幅器２２の電気的接続の状態がオン状態にされ、信号増幅器２２等は電力が供給される。
【００４３】
上記オン状態では、一対の振動子４０及び信号増幅器２２を含む回路において、電気信号及び超音波が自動的に励起されて流れ繰り返し増幅される現象（自励振動と称する）が生じる。自励振動により、一対の振動子４０間は、信号増幅器２２を介して電気信号が流れると共に、流路部３０において超音波が発生する。これにより、懸濁液処理部３Ａは、外部から所定の波形信号が与えられなくても、自動的に超音波による懸濁液処理の作用を発揮する。
【００４４】
上記オン状態では、一対の振動子４０間は、信号増幅器２２を介して自動的に電気信号が励起され、最初は微弱な電流が流れ、信号増幅器２２を通じて増幅される。第２の振動子４０ｂからの電気信号Ｅ２が信号増幅器２２に入力され、増幅された電気信号Ｅ１が第１の振動子４０ｂに入力される。電気信号Ｅ１及びＥ２は、自励振動に対応した交流波形となる。電気信号Ｅ１は、自励振動による信号であり、本実施の形態の構成は、従来の波形生成器による波形信号を振動子に印加する構成とは異なる。
【００４５】
駆動制御部２にスイッチ２１を設ける構成により、利用者がスイッチ２１の操作によって懸濁液処理の状態を制御可能である。なおスイッチ２１を設けずに信号増幅器２２自体に備えるスイッチ等で代用する形態としてもよい。
【００４６】
信号増幅器２２は、入力の電気信号Ｅ２を増幅して電気信号Ｅ１として出力する回路部である。信号増幅器２２は、出力端側が導線を通じて第１の振動子４０ａの電極に接続され、入力端側がスイッチ２１を介して導線を通じて第２の振動子４０ｂの電極に接続される。また信号増幅器２２は、出力端が信号検出器２３と接続される。また信号増幅器２２は、出力制御部２４が接続される。信号増幅器２２としては、負帰還増幅回路等の公知の各種の増幅回路を適用可能である。
【００４７】
信号検出器２３は、オシロスコープ等であり、出力の電気信号Ｅ１を検出及び計測して波形表示する。信号検出部２３を設ける構成により、利用者により電気信号Ｅ１及び懸濁液処理の状態を確認可能である。
【００４８】
出力制御部２４は、信号増幅器２２の出力の電気信号Ｅ１の大きさを、所定の範囲または所定の上限値以内に収まるように制限する。当該最大出力の制限のために、出力制御部２４は、信号増幅器２２の増幅レベル等を制御する。
【００４９】
駆動制御部２内のスイッチ２１のオンにより上記回路の自励振動を生じさせることができる。ただしこのオン時、当該回路は、信号増幅器２２の増幅の作用によって、殆ど瞬時に最大出力まで信号が励起されることが想定される。そのため、駆動制御部２内に、自励振動に関する最大出力を制御する出力制御手段として、出力制御部２４を設ける。なお出力制御部２４は、信号増幅器２２等に内蔵されてもよい。出力制御部２４により、懸濁液処理部３Ａの超音波による懸濁液処理の強さの調整などが可能である。
【００５０】
更に、出力制御部２４は、信号増幅器２２の出力の電気信号Ｅ１の周波数などを制御する機能を備えるようにしてもよい。これにより振動子４０による超音波による音場の特性を制御し、懸濁液５１中の固形物の捕捉の特性などを調整することができる。出力制御部２４を設ける構成により、懸濁液処理を好適に制御可能である。
【００５１】
［懸濁液処理］
図３は、図２の懸濁液処理部３Ａの振動子４０による超音波に関する動作原理を含む懸濁液処理に関する説明図を示す。前述のように、スイッチ２１のオン状態による一対の振動子４０及び信号増幅器２２による回路の自励振動により、電気信号Ｅ１，Ｅ２が流れると共に、第１の振動子４０ａと第２の振動子４０ｂとの間の流路部３０に超音波が発生し、当該超音波による強い音場が形成される。当該超音波による音場は、振動子４０に固有の周波数に応じた定在波の音場である。
【００５２】
第１の振動子４０ａは、信号増幅器２２から入力される電気信号Ｅ１を、振動面ｓ１の振動による超音波に変換し、ａ１のように流路部３０内のＸ方向右方へ超音波を放射する。第１の振動子４０ａは、固有の周波数で超音波を放射する。第１の振動子４０ａからの超音波は、流路部３０内をＸ方向右方へ伝わり、ａ２のように第２の振動子４０ｂへ到達する。第２の振動子４０ｂは、振動面ｓ２で受ける超音波の振動を電気信号Ｅ２に変換し、スイッチ２１を介して信号増幅器２２へ出力する。
【００５３】
流路部３０内の長軸のＸ方向において形成される強い音場において、図３に示すように、振動子４０の固有周波数に応じた、音圧が高い領域である節３０１と音圧が低い領域である腹３０２とがＸ方向に沿って周期的に発現する。なお図３中では、音場における一部の節３０１及び腹３０２のイメージを概略的に示す。
【００５４】
上記流路部３０における超音波による音場の形成時、流路部３０内の媒質である懸濁液５１中に、腹３０２と節３０１の間隔よりも十分小さな固形物が存在する場合、当該固形物は補足される。即ち、当該固形物は、その物性値に応じて、音場の腹３０２または節３０１へ向かう力を受け、これにより腹３０２または節３０１の位置に捕捉される。捕捉された固形物は、分子間力により凝集する。上記捕捉の位置は、流路部３０内の音場が形成されるＸ方向の全体の中に含まれる。
【００５５】
上記補足及び凝集した固形物は、一定の大きさになると、その自重によって、Ｚ方向下方の底部に向かって沈降する。また沈降する固形物は、流路部３０内の懸濁液５１のＸ方向左方への流れに応じて、Ｘ方向左方へ搬送されるように力を受ける。また超音波の方向がａ１，ａ２のようにＸ方向右向きであり、これにより、沈降する固形物は、Ｘ方向右方へ搬送される力も受ける。上記沈降の位置は、詳細には、流路部３０及び振動子４０等の設計、並びに流路部３０内の流速や懸濁液５１の特性などに依存する。
【００５６】
そして流路部３０の底部に沈降する固形物を多く含む処理液が、ｆ２のように濃縮口３２から濃縮液５２として排出される。また濃縮液５２以外のＸ方向左方へ流れる処理液が、ｆ３のようにＸ方向左端の排出口３３から清澄液５３として排出される。流路部３０の底部における濃縮口３２の位置は、Ｘ方向の任意の位置が可能であるが、特に、上記固形物の沈降の位置などを考慮して、Ｘ方向中間付近の位置に設けている。
【００５７】
上記超音波を用いた懸濁液処理により、供給口３１から流路部３０内に供給される懸濁液５１を、濃縮液５２と清澄液５３とに分離することができる。即ち、固形物を多く含んだ濃縮液５２を濃縮口３２から選択的及び効率的に回収及び排出でき、またそれ以外の清澄液５３を排出口３３から選択的及び効率的に回収及び排出できる。
【００５８】
［効果等］
図４を用いて、実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａを用いた懸濁液処理における処理性能及び効果等について説明する。図４は、実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａによる懸濁液処理の効果を比較例との対比で示し、実施の形態１及び比較例により懸濁液のサンプル液を処理した結果として排出液の濁度で評価した結果を示す。４０１は、実施の形態１に対する比較例の懸濁液処理装置による結果を示す。４０２は、実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａによる結果を示す。図４の縦軸は、清澄液５３に対応する排出液のサンプル液の濁度を表す。
【００５９】
４０２に対応する実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａの処理性能について、懸濁液処理部３Ａにおける供給口３１から懸濁液５１のサンプル液を供給し、排出口３３から排出される排出液である清澄液５３のサンプル液の濁度によって評価した。本評価で用いた懸濁液５１のサンプル液は、純水に平均粒径５３ミクロン径のアルミナ粒子を分散させた、濁度が１６〜１８度の懸濁液を用いた。本評価で用いた振動子４０は、固有周波数に対応する共振周波数が２．０１ＭＨｚである超音波振動子を用いた。
【００６０】
４０１に対応する比較例の懸濁液処理装置は、以下の構成を有する。比較例の懸濁液処理装置は、流路部を介して超音波振動子とアルミ製反射板との対が配置される懸濁液処理部と、超音波振動子に接続される駆動制御部の回路とを有する。駆動制御部は、超音波振動子に与える制御用の波形信号を生成する波形生成器であるファンクションジェネレータ、及び当該波形信号を増幅するパワーアンプ等の回路を含む。懸濁液処理部は、流路部内の懸濁液の流れの方向に対して直交する方向に、超音波振動子と反射板との組が平行に対向して配置される。波形生成器からの波形信号は、所定の周波数の交流電圧による波形信号である。
【００６１】
比較例の懸濁液処理部は、外部の波形生成器を含む回路からの波形信号を超音波振動子に印加することにより、超音波振動子から振動による超音波を発生する方式である。超音波振動子から放射された超音波は、流路部を介して反射板で反射される。超音波振動子と反射板との間に超音波による音場が形成される。そして音場において懸濁液中の微小物体ないし固形物等が捕捉される。流路部の一方の排出口からは捕捉物を多く含む排出液が排出され、他方の排出口からはそれ以外の排出液が排出される。
【００６２】
比較例の方式は、懸濁液処理部の駆動時に超音波振動子に波形信号を入力する必要があるため、駆動制御部の回路として波形生成器であるファンクションジェネレータ等の具備が必要である。そのため比較例は、当該回路の駆動のための消費電力が必要である。
【００６３】
図４の実施の形態１の結果である４０２は、比較例の結果である４０１に対して、排出液の濁度において大きな違いは見られない。即ち、実施の形態１による懸濁液処理は、比較例とほぼ同様の処理性能が得られる。
【００６４】
４０２に対応する実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａは、前述のように、一対の振動子４０と信号増幅器２２との接続の回路による自励振動により超音波を発生させる方式である。駆動制御部２の回路として、基本的に信号増幅器２２のみで、自励振動による駆動が可能である。比較例の方式は、自励振動による方式ではない。駆動制御部２は、波形生成器等の回路を具備して振動子４０に波形信号を印加することは不要である。実施の形態１は、比較例に対して、回路構成が簡略化されるので、消費電力を抑えることができる。
【００６５】
以上のように、実施の形態１によれば、比較例とほぼ同様の処理性能を維持すると共に、懸濁液処理の駆動時の消費電力を低減することができる。第１の振動子４０ａの振動面ｓ１と第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２との対向配置により、振動子４０間で超音波を効率的に照射し、回路の自励振動を効率的に生じることができる。流路部３０の管状構造体３５Ａにおいて好適な位置に供給口３１、濃縮口３２、排出口３３、及び一対の振動子４０を設ける構成により、流路部３０内の流れ、重力、及び超音波の作用による効率的な懸濁液処理を実現し、濃縮液５２及び清澄液５３を効率的に得ることができる。
【００６６】
［変形例］
実施の形態１は、以下のような変形例が可能である。
【００６７】
（１）  実施の形態１は、一対の振動子４０の電気信号Ｅ１，Ｅ２の入出力に応じて流路部３０の超音波の方向を、ａ１，ａ２のように、懸濁液５１の流れであるＸ方向左向きに対して逆であるＸ方向右向きとした。これに限らず、実施の形態１の変形例として、流路部３０の長軸に対応するＸ方向において左端側に第２の振動子４０ｂ、右端側に第１の振動子４０ａを配置し、超音波の方向を、懸濁液５１の流れであるＸ方向左向きと同じにしてもよい。
【００６８】
（２）  実施の形態１は、懸濁液処理部３Ａの管状構造体３５Ａに設ける濃縮口３２の位置は、Ｘ方向中間付近の位置とした。実施の形態１の変形例として、濃縮口３２の位置は、懸濁液５１が流れる領域であるＸ方向左右両端の間において、流路部３０内の流速や懸濁液５１の特性などに応じて決めた任意の位置としてもよい。例えば、濃縮口３２の位置は、Ｘ方向中央よりもＸ方向右側の供給口３１に寄った位置としてもよいし、Ｘ方向左側の排出口３３に寄った位置としてもよい。
【００６９】
（３）  実施の形態１の変形例として、供給口５１及び排出口５３の位置は、それぞれ、管状構造体３５Ａの長軸の側面におけるＹ方向に開口する位置にしてもよい。また流路部３０において２つ以上の供給口５１や２つ以上の排出口５３が設けられてもよい。また流路部３０の底部において２つ以上の濃縮口３２が設けられてもよい。
【００７０】
（４）  実施の形態１の変形例として、懸濁液処理部３Ａは、流路部３０に３つ以上の振動子４０が設けられてもよい。２つの振動子４０の配置は、１直線上での対向配置が望ましいが、必ずしもそれに限らず、管状構造体３５Ａ及び流路の形状等に応じて、２つの振動子４０の振動面の中心軸の向きがずれた配置としてもよい。流路部３０において、懸濁液５１の流れの方向またはそれに直交する方向に、２つ１組の振動子４０を複数組設けてもよい。例えば２組の振動子４０が並列でＸ方向に配置されてもよい。例えば一方の１組の振動子４０がＸ方向に配置され、他方の１組の振動子４０がＺ方向に配置されてもよい。
【００７１】
＜実施の形態２＞
次に、図５〜図７を用いて、本発明の実施の形態２の超音波を用いた懸濁液処理装置について説明する。図５は、実施の形態２の懸濁液処理装置１Ｂを含むシステムの構成を示す。実施の形態２の懸濁液処理装置１Ｂは、実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａに対して主に異なる構成要素として、懸濁液処理部３Ｂを有する。懸濁液処理部３Ｂ以外はほぼ同様の構成を有する。
【００７２】
図６は、実施の形態２の懸濁液処理装置１Ｂにおける懸濁液処理部３Ｂの構造及び流れ等をＸＺ断面で示す。懸濁液処理部３Ｂは、管状構造体３５Ｂによる流路部３０と、一対の振動子４０である第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂとを有する。流路部３０は、懸濁液５１の供給口３１、濃縮液５２の濃縮口３２、及び清澄液５３の排出口３３が設けられる。
【００７３】
管状構造体３５Ｂによる流路部３０は、図示の通り、長軸がＺ方向、短軸がＸ方向及びＹ方向となるように配置される。管状構造体３５ＢのＸＹ断面は例えば円形である。
【００７４】
供給口３１は、管状構造体３５Ｂの長軸の側面におけるＺ方向中間付近の位置に、Ｘ方向右向きに開口する配置で設けられ、送液管６１のＸ方向左向きの端部と接続される。濃縮口３２は、管状構造体３５Ｂの側面におけるＺ方向下端の位置に、Ｘ方向左向きに開口する配置で設けられ、送液管６２のＸ方向右向きの端部と接続される。排出口３３は、管状構造体３５ＢのＺ方向上端の位置に、Ｚ方向上向きに開口する配置で設けられ、送液管６３のＺ方向下向きの端部と接続される。
【００７５】
一対の振動子４０である第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂは、流路部３０の長軸であるＺ方向において流路部３０のほぼ全体の領域を挟んでＺ方向上下両端に各々の振動面が平行して対向するように設けられる。第１の振動子４０ａの振動面ｓ１はＺ方向上端の流路部３０のＸＹ平面において流路部３０内に露出して配置される。第２の振動子４０ａの振動面ｓ２はＺ方向下端の流路部３０のＸＹ平面において流路部３０内に露出して配置される。
【００７６】
流路部３０内は、懸濁液５１等の流れとしてｆ１，ｆ２，ｆ３のような流れを有する。供給口３１から流路部３０内に流入した懸濁液５１は、ｆ１のように流路部３０内をＺ方向上下に分かれて流れる。ｆ１のうち一方は、ｆ２のようにＺ方向下側へ流れ濃縮口３２から濃縮液５２として排出され、ｆ１のうち他方は、ｆ３のようにＺ方向上側へ流れ排出口３３から清澄液５３として排出される。
【００７７】
懸濁液５１の流れる向きは、送液管６１内と流路部３０内とでｆ１のようにＸ方向左向きからＺ方向上下の向きへ変わる。濃縮液５２の流れる向きは、流路部３０内と送液管６２内とでｆ２のようにＺ方向下向きからＸ方向左向きへ変わる。清澄液５３の流れる向きは、流路部３０内と送液管６３内とでｆ３のようにＺ方向上向きで同じである。
【００７８】
実施の形態２では、Ｚ方向が長軸の流路部３０において、流れる懸濁液５１から、超音波の作用により固形物が捕捉される。捕捉された固形物は、凝集による自重によりＺ方向下方へ沈降する。これにより流路部３０は、Ｚ方向下方の底部の方が固形物が多く集まる。これに対応させて、流路部３０における濃縮口３２は、Ｚ方向下方の底部の付近の位置に設けられ、排出口３３は、Ｚ方向上方の位置に設けられる。
【００７９】
管状構造体３５Ｂによる流路部３０は、一対の振動子４０の配置と対応させて、Ｚ方向上下両端に排出口３３及び濃縮口３２が離れて設けられ、Ｚ方向中間付近の位置に供給口３１が設けられる。濃縮口３２は、管状構造体３５Ｂの側面のＺ方向下側における、Ｚ方向下端の第２の振動子４０ｂの近傍である左上隣に配置される。排出口３３は、管状構造体３５ＢのＺ方向上端のＸＹ平面における第２の振動子４０ｂと同じ位置に配置される。このため、第１の振動子４０ａは、後述の図７のように開口部７０を持つ。
【００８０】
一対の振動子４０は、実施の形態１と同様に、信号増幅器２２を介して電気的に接続される。第１の振動子４０ａは、信号増幅器２２からの電気信号Ｅ１を入力して流路部３０内へａ１のように超音波を放射する。第２の振動子４０ｂは、流路部３０内からａ２のように超音波を受けて電気信号Ｅ２に変換し信号増幅器２２へ出力する。
【００８１】
図７は、図６の懸濁液処理部３ＢのＺ方向上部における排出口３３及び第１の振動子４０ａの付近の構造の一例を示す。図７（ａ）はＸＺ断面で見た図、図７（ｂ）はＸＹ平面のＺ方向上側から見た図、図７（ｃ）はＸＹ平面のＺ方向下側から見た図を概略で示す。
【００８２】
図７（ａ）のように、Ｚ方向で下側から順に、管状構造体３５Ｂ、第１の振動子４０ａ、排出口３３、及び送液管６３が配置され、相互に接続されている。図７（ａ）〜（ｃ）のように、ＸＹ平面の円形の中心に開口部７０を有する。流路部３０のＺ方向上部に配置される第１の振動子４０ａは、振動面ｓ１を含むＸＹ平面内の中心に開口部７０を有する。開口部７０は、排出口３３にも対応して設けられる。開口部７０により、流路部３０内と送液管６３とがＺ方向で通じる。
【００８３】
図７（ａ）の構成では、流路部３０のＺ方向上面において第１の振動子４０ａの振動面ｓ１の外周部が管状構造体３５Ｂの側面に対して固定され、流路部３０内に第１の振動子４０ａの振動面ｓ１が露出するように配置されている。これに限らず、前述同様に、流路部３０の上面の外側に第１の振動子４０ａの振動面ｓ１が接触して設けられる形態としてもよい。振動子４０のＸＹ平面の形状は、管状構造体３５Ｂの断面形状に合わせて円形としたが、これに限らず、矩形なども可能である。
【００８４】
図６を用いて、懸濁液処理部３Ｂの振動子４０による超音波の作用を含む懸濁液処理について説明する。駆動制御部２のスイッチ２１のオン状態では、実施の形態１と同様に、一対の振動子４０及び信号増幅器２２の回路における自励振動により、電気信号Ｅ１，Ｅ２が流れると共に、振動子４０間に超音波がａ１，ａ２のように発生する。これにより、懸濁液処理部３Ｂの流路部３０内に、振動子４０の固有周波数に応じた強い音場が形成される。
【００８５】
供給口３１から流入した懸濁液５１は、ｆ１のように音場が形成された流路部３０内を通過する。流路部３０内を流れる懸濁液５１中の固形物は、音場における腹または節の位置に捕捉される。捕捉物は、凝集による自重によって流路部３０内のＺ方向下方の底部に向かって沈降する。これにより、沈降物を多く含む処理液が、ｆ２のように流路部３０の底部の付近の濃縮口３２から濃縮液５２として排出される。そして濃縮液５２以外の処理液は、ｆ３のように流路部３０の上部の排出口３３から清澄液５３として排出される。
【００８６】
以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、波形生成器等の回路を不要とするので、懸濁液処理の駆動時の消費電力を低減することができる。
【００８７】
実施の形態２の変形例として、流路部３０の長軸に対応するＺ方向において上端側に第２の振動子４０ｂ、下端側に第１の振動子４０ａを配置し、超音波の方向をＺ方向上向きとしてもよい。
【００８８】
実施の形態２の変形例として、流路部３０における排出口３３は、前述の濃縮口３２の構成と同様に、管状構造体３５Ｂの側面における第１の振動子４０ａの近傍の位置にＸ方向またはＹ方向に開口する配置で設けられてもよい。また流路部３０における濃縮口３２は、前述の排出口３３の構成と同様に、開口部を持つ第２の振動子４０ｂと同じ位置にＺ方向下向きに開口する配置で設けられてもよい。
【００８９】
また前述の実施の形態１の変形例として、実施の形態２の開口部７０を持つ第１の振動子４０ａ及び排出口３３の構成と同様に、Ｘ方向左端の面に開口部を持つ第１の振動子４０ａ及び排出口３３を同じ位置に設けてもよい。またＸ方向右端の面に開口部を持つ第２の振動子４０ｂ及び供給口３１を同じ位置に設けてもよい。
【００９０】
＜実施の形態３＞
次に、図８〜図９を用いて、本発明の実施の形態２の超音波を用いた懸濁液処理装置について説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対して主に異なる構成要素として、懸濁液処理部３Ｃを有する。
【００９１】
図８は、実施の形態３の懸濁液処理装置１Ｃを含むシステムの構成を示す。実施の形態３の懸濁液処理装置１Ｃは、実施の形態１の懸濁液処理装置１Ａに対して主に異なる構成要素として、懸濁液処理部３Ｃを有する。懸濁液処理部３Ｃ以外はほぼ同様の構成を有する。
【００９２】
図９は、実施の形態３の懸濁液処理装置１Ｃにおける懸濁液処理部３Ｃの構造及び流れ等をＸＺ断面で示す。懸濁液処理部３Ｃは、管状構造体３５Ｃによる流路部３０と、一対の振動子４０である第１の振動子４０ａ及び第２の振動子４０ｂとを有する。流路部３０は、懸濁液５１の供給口３１、濃縮液５２の濃縮口３２、及び清澄液５３の排出口３３が設けられる。
【００９３】
管状構造体３５Ｃによる流路部３０は、図示の通り、基本的にはＸ方向左方へ流れる流路が構成されるように配置される。流路部３０のＸ方向右側の上流の領域９０１は、１つのＸ方向左方への流路が構成される。流路部３０のＸ方向左側の下流の領域９０２は、二股に分岐した形状の流路部が構成される。管状構造体３５Ｃの上流の領域９０１のＹＺ断面は例えば矩形である。
【００９４】
流路部３０の上流の領域９０１は、Ｘ方向右端のＹＺ平面に、Ｘ方向で開口する供給口３１が設けられ、送液管６１のＸ方向左向きの端部と接続される。
【００９５】
流路部３０の下流の領域９０２は、分岐の一方は、Ｚ方向下方及びＸ方向左方へ延び、分岐の他方は、Ｚ方向上方及びＸ方向左方へ延びている。分岐の一方は、Ｘ方向左端の面に、第１の排出口である濃縮口３２がＸ方向で開口する配置で設けられ、送付管６２のＸ方向右向きの端部と接続される。分岐の他方は、Ｘ方向左端の面に、第２の排出口である排出口３３がＸ方向で開口する配置で設けられ、送付管６３のＸ方向右向きの端部と接続される。
【００９６】
一対の振動子４０は、上流側の分岐していない領域９０１の流路部をＺ方向で挟むように、管状構造体３５Ｃの側面のＺ方向上下両端のＸＹ平面に配置される。一対の振動子４０の振動面は、上流の領域９０１の流れであるＸ方向に対して直交するＺ方向の直線上で対向するように配置される。第１の振動子４０ａの振動面ｓ１と第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２とが流路部３０内を向いてＸＹ平面で平行に対向する。例えば上流の領域９０１における管状構造体３５ＣのＺ方向上側のＸＹ平面の内側に第１の振動子４０ａの振動面ｓ１が露出し、Ｚ方向下側のＸＹ平面の内側に第２の振動子４０ｂの振動面ｓ２が露出する。
【００９７】
流路部３０内は、懸濁液５１等の流れとしてｆ１，ｆ２，ｆ３のような流れを有する。供給口３１から流路部３０内に流入した懸濁液５１は、ｆ１のように流路部３０内をＸ方向左方へ流れる。ｆ２，ｆ３のように分岐する。ｆ１のうち一方は、ｆ２のようにＺ方向下側及びＸ方向左側へ流れ濃縮口３２から濃縮液５２として排出される。ｆ１のうち他方は、ｆ３のようにＺ方向上側及びＸ方向左側へ流れ排出口３３から清澄液５３として排出される。
【００９８】
実施の形態３では、Ｘ方向の流れの流路部３０において、上流の領域９０１に流れる懸濁液５１から超音波の作用により捕捉された固形物は、凝集による自重によりＺ方向下方へ沈降すると共に、Ｘ方向左方への流れによって下流の領域９０２へ進む。これにより下流の領域９０２におけるＺ方向下方への分岐の領域の方が固形物が多く集まる。これに対応させて、流路部３０のＺ方向下方の分岐の領域の方に濃縮口３２が設けられ、Ｚ方向上方の分岐の領域の方に排出口３３が設けられる。
【００９９】
一対の振動子４０は、実施の形態１と同様に、信号増幅器２２を介して電気的に接続される。第１の振動子４０ａは、信号増幅器２２からの電気信号Ｅ１を入力して流路部３０内へａ１のように超音波を放射する。第２の振動子４０ｂは、流路部３０内からａ２のように超音波を受けて電気信号Ｅ２に変換し信号増幅器２２へ出力する。
【０１００】
図９を用いて、懸濁液処理部３Ｃの振動子４０による超音波の作用を含む懸濁液処理について説明する。駆動制御部２のスイッチ２１のオン状態では、実施の形態１と同様に、一対の振動子４０及び信号増幅器２２の回路における自励振動により、電気信号Ｅ１，Ｅ２が流れると共に、振動子４０間に超音波がａ１，ａ２のように発生する。これにより、懸濁液処理部３Ｃの流路部３０内の特に上流の領域９０１に、振動子４０の固有周波数に応じた強い音場が形成される。
【０１０１】
供給口３１から流入した懸濁液５１は、ｆ１のように上流の領域９０１内の音場を通過し、懸濁液５１中の固形物は、音場における腹または節の位置に捕捉される。捕捉物は、凝集による自重によって流路部３０内のＺ方向下方の底部に向かって沈降する。それと共に、沈降物は、沈降の過程で、流路部３０内のＸ方向左方への流れによって、下流の領域９０２へ搬送される。下流の領域９０２では、ｆ２，ｆ３のように処理液がＺ方向上下の分岐の領域へ分かれる。沈降物を多く含む処理液は、ｆ２のようにＺ方向下側の分岐の領域へ進み、Ｚ方向下側の分岐の先に設けられた濃縮口３２から濃縮液５２として排出される。そしてｆ３のようにＺ方向上側の分岐へ進んだ処理液は、当該分岐の先に設けられた排出口３３から清澄液５３として排出される。
【０１０２】
以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、波形生成器等の回路を不要とするので、懸濁液処理の駆動時の消費電力を低減することができる。
【０１０３】
実施の形態３の変形例として、一対の振動子４０は、上流の領域９０１における管状構造体３５Ｃの側面のＺ方向上下の面の外側に接触して設けられてもよい。
【０１０４】
実施の形態３の変形例として、管状構造体３５Ｃの上流側の領域９０１のＹＺ断面は円形でもよい。その場合、一対の振動子４０は、前述同様に、ＸＹ平面の矩形の平板としてもよいし、管状構造体３５Ｃの側面の形状に沿って曲がった曲面板としてもよい。いずれの形態でも、一対の振動子４０間で流路部３０の媒質を介して超音波が伝達されるのであれば、懸濁液処理の作用を持つ。
【０１０５】
実施の形態３の変形例として、流路部３０における供給口３１、濃縮口３２及び排出口３３は、Ｘ方向左向きで開口する配置に限らず、管状構造体３５Ｃの形状及び懸濁液５１の流れに合わせて、Ｚ方向やＹ方向などの各種の向きで設けられてもよい。
【０１０６】
実施の形態３の変形例として、流路部３０の分岐の形状は、図９の二股の形状に限らず、３つ以上の分岐なども可能である。そして複数の分岐の領域にそれぞれ排出口が設けられてもよい。
【０１０７】
実施の形態３の変形例として、下流側の領域９０２は、分岐を無くし、実施の形態１と同様に、Ｘ方向の途中の位置に濃縮口３２を設け、Ｘ方向左端に排出口３３を設けてもよい。即ち、実施の形態１等の変形例として、流路部３０の長軸の途中に流れに直交するように振動子４０が配置されてもよい。
【０１０８】
＜効果等＞
以上説明したように、各実施の形態の懸濁液処理装置によれば、懸濁液処理の性能を確保しつつ、駆動時の消費電力を低減することができる。
【０１０９】
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。例えば本実施の形態は浄水の用途に限らず適用可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…懸濁液処理装置、２…駆動制御部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…懸濁液処理部、１１…懸濁液槽、１２…濃縮液槽、１３…清澄液槽、１４…送液ポンプ、２１…スイッチ、２２…信号増幅器、２３…信号検出器、２４…出力制御部、３０…流路部、３１…供給口、３２…濃縮口、３３…排出口、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ…管状構造体、４０，４０ａ，４０ｂ…振動子、５１…懸濁液、５２…濃縮液、５３…清澄液、６０〜６３…送液管。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月9日(2016.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁液が流れる流路部が構成される懸濁液処理部と、
前記懸濁液処理部を駆動する駆動部と、
を備え、
前記懸濁液処理部は、前記流路部の少なくとも一部の領域を挟むように、第１の振動子及び第２の振動子を含む２つ以上の振動子が設けられ、
前記駆動部は、信号増幅部を含み、
前記第２の振動子と前記信号増幅部の入力部とが、電気的に接続され、前記第１の振動子と前記信号増幅部の出力部とが、電気的に接続されることによって、超音波を発生させ、
発生した前記超音波は、前記一部の領域で、前記懸濁液から微粒子または固形物を分離する処理を行う、懸濁液処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記超音波は、前記出力部に接続された前記第１の振動子と前記入力部に接続された前記第２の振動子との間の信号が増幅されることによって発生させられる、懸濁液処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記分離する処理は、前記超音波が、前記懸濁液中の微粒子または固形物を捕捉することによって分離を実現する、懸濁液処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液に含まれる微粒子または固形物は、前記超音波によって形成される音場の腹と節の間隔よりも小さいものである、懸濁液処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記第１の振動子及び第２の振動子と前記信号増幅部との電気的な接続のオン及びオフ状態を切り替えるスイッチを有する、懸濁液処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記信号増幅部による前記第１の振動子へ入力する電気信号の大きさを制限する出力制御部を有する、懸濁液処理装置。
【請求項７】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記駆動部は、前記信号増幅部による前記第１の振動子へ入力する電気信号を検出する信号検出部を有する、懸濁液処理装置。
【請求項８】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記流路部を構成する構造体の面の内側または外側において、前記第１の振動子の振動面と前記第２の振動子の振動面とが平行に対向する配置で設けられ、
前記第１の振動子は、前記信号増幅部からの電気信号を振動面から超音波に変換して前記流路部の領域内へ放射し、
前記第２の振動子は、前記流路部の領域内からの超音波を振動面で受けて電気信号に変換して前記信号増幅部へ出力する、懸濁液処理装置。
【請求項９】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
外部から懸濁液を前記流路部内へ供給する１つ以上の供給口と、
前記流路部内から処理液を外部へ排出する第１の排出口、及び第２の排出口を含む２つ以上の排出口と、
を有し、
前記第１の排出口は、前記懸濁液から分離された微粒子または固形物を相対的に多く含む第１の処理液を排出し、
前記第２の排出口は、前記懸濁液から分離された微粒子または固形物を相対的に少なく含む第２の処理液を排出する、懸濁液処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
前記第１の振動子の近傍の位置に前記第２の排出口を有し、
前記第２の振動子の近傍の位置に前記供給口を有し、
前記第２の排出口と前記供給口との間の位置に前記第１の排出口を有する、懸濁液処理装置。
【請求項１１】
請求項９記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記流路部を構成する構造体の面において、
前記第１の振動子の近傍の位置に前記第２の排出口を有し、
前記第２の振動子の近傍の位置に前記第１の排出口を有し、
前記第２の排出口と前記第１の排出口との間の位置に前記供給口を有する、懸濁液処理装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部は、
前記第１の振動子及び第２の振動子の少なくとも１つに開口部を有し、
前記開口部を有する振動子の位置に、前記供給口、第１の排出口、または第２の排出口が設けられる、懸濁液処理装置。
【請求項１３】
請求項１記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部における前記流路部は、２つ以上に分岐する形状を持つ構造体により構成され、
前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記流路部の分岐しない側の第１の領域を挟むように設けられる、懸濁液処理装置。
【請求項１４】
請求項９記載の懸濁液処理装置において、
前記懸濁液処理部における前記流路部は、２つ以上に分岐する形状を持つ構造体により構成され、
前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記流路部の分岐しない側の第１の領域を挟むように設けられ、
前記分岐しない側の第１の領域に前記供給口を有し、前記分岐する側の第１の分岐の領域に前記第１の排出口を有し、前記分岐する側の第２の分岐の領域に前記第２の排出口を有する、懸濁液処理装置。
【国際調査報告】
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2015025395.tif 000013
2015025395.tif 000014
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