(57)【要約】【課題】分離膜等のダイアフラムを用いることなく、比重分離された２液層構造の上層液体を分離することができる液体の分離方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の液体の分離方法は、第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって分離される上層の第２液層とに対し、前記第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離することを特徴とする。また第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって分離される第２液層とを収納する容器１１と、前記第1液層の下部に超音波振動を発生する超音波振動子１２と、を備え、第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離するように構成した液体の分離装置１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって上層に分離される第２液層とに対し、前記第１液層に超音波振動を作用させ、前記第２液層から第２液を分離する液体の分離方法。
【請求項２】
前記第1液層の液を水、第２液層の液を燃料油とする請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって分離される第２液層とを収納する容器と、
前記第1液層の下部に超音波振動を発生する超音波振動子と、を備え、
第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離するように構成した液体の分離装置。
【請求項４】
前記第1液層の液を水、第２液層の液を燃料油とする請求項３に記載の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第1液層と、当該第1液層に対して比重差によって上層に分離される第２液層とに対し、第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離する液体の分離方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液の超音波分離方法として特許文献１が知られている。この特許文献１の目的は、溶液を効率よく超音波振動させて、溶液を高能率に霧化してミストにすることにある。そして、この目的達成のために、溶液の超音波分離方法は、表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して、目的物質を溶液から分離する。さらに、超音波分離方法は、超音波振動でできる溶液面Ｗの液柱Ｐに横方向に風を吹き付け、この風でもって液柱Ｐを溶液面Ｗと平行な方向に曲げている、構成を記載している。しかし、ここで分離される溶液は、１種類の１層構成である。
【０００３】
また、ネブライザーのように超音波振動子を用いた霧放出器として特許文献２が知られている。特許文献２の構成としては、携帯用に構成された霧化具と、霧化具を着脱自在に支持する霧放出体とを備え、霧化具は、超音波発生器とタンクを収納する携帯用ケースを備え、霧放出体は、受筒を収納する本体ケースを備え、超音波発生器は携帯用ケース内の乾電池または交流電源から電力の供給を受けて超音波を発生する。この超音波が伝搬水、ダイヤフラム（分離膜）を介してダンク内の被霧化水に伝搬されると、被霧化水が霧化されて霧となる、ことが記載されている。しかし、伝搬水と被霧化水は、水あるいは水媒体であり、さらに、伝搬水と被霧化水との間に分離膜機能のダイアフラムが介在され、伝搬水と被霧化水が混合することを防止している。
【０００４】
また、従来から、液体燃料を超音波振動によって霧化して燃焼させる技術が知られている。このように液体燃料を霧化した場合、着火性の向上が期待され、更に燃焼量の制御が容易になると考えられる。特許文献３の構成の場合、装置本体の燃料収容部の底部に超音波振動子を設置し、超音波振動によって液体燃料を超微粒化しつつ燃料液面から噴出させ、さらに、液面上の空間部によりエア供給室と燃料霧化室を形成し、エア案内板を設けて燃焼用エアを液面に沿って燃料霧化室に送り込むように構成されている。
【０００５】
また、特許文献４の場合、メインバーナの気化器を予熱するための予熱バーナに超音波発生器によって生成された霧状燃料を供給し、この予熱バーナヘッドで霧状燃料を燃焼させる構成が記載されている。
【０００６】
また、特許文献５の場合、動植物油、例えば廃食用油を燃料として使用する場合に、先ず、都市ガス等の燃料でガスバーナーを着火、燃焼し、これによって燃焼室内が、廃食用油を燃焼できる反応領域（５０℃）に達したら、廃食用油を燃料として燃焼させ、都市ガス等の燃料のガスバーナーを停止するように構成されている。廃食用油には、水が混入されていてもよいが、それは４０重量％以内が好ましいと記載され、より詳細な説明としては、廃天ぷら油中に１０重量％の水が含まれていると記載されている。また、水を含む動植物油を用いる場合、ミキサーにより水と動植物油とのエマルジョンを確実に形成し（微細化し）、その後さらに、超音波により、エマルジョンを形成する（微細化する）ことが記載されている。
【０００７】
上記特許文献３および４の場合は、いずれも、液体燃料を超音波振動によって直接霧化する方法である。また、特許文献５の場合は、水を含む廃食用油を超音波振動によって微細化（エマルジョン形成）させるものであり、油を分離する方法ではない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６６５５４号公報（請求項１）
【特許文献２】特開２００５−２７８７４２号公報（請求項１）
【特許文献３】特開平１０−３８２２０号公報（請求項１）
【特許文献４】特開平１０−２４６４０８号公報（請求項１）
【特許文献５】特開２００３−２９４２２１号公報（段落０００８、００１２、００１７、００３２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、分離膜等のダイアフラムを用いることなく、比重分離された２液層構造の上層液体を分離することができる液体の分離方法を提供することを目的とする。また、その分離方法に用いることができる分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、従来とは異なる新たな着想で、かつ鋭意研究を重ねた結果、２液層構造の上層と下層を比重で分離させた場合において、下層液体に超音波振動を作用させると、上層液体を従来にない速さで効果的に分離できる方法を新たに知見したことにより、本発明をするに至ったものである。
【００１１】
上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明の液体の分離方法は、
第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって上層に分離される第２液層とに対し、前記第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、下層の第１液層に超音波振動を作用させた場合、その上層の第２液層の第２液を分離し、抽出することができる。
【００１３】
分離過程の態様は、液体の種類や他の要因（例えば、環境温度等）によって異なるものであり、例えば、霧化、微粒子化（ここでは、霧化よりも粒径が大きいもの、または、飛散性が劣り自然落下速度が速いものである。）、液状の噴出状態（柱状態）等が例示できる。
【００１４】
また、「分離」は、完全に分離し容器等に回収される場合に限定されず、一時的な分離の場合、所定時間経過した後に第２液層に合流する場合等も含む概念である。また、第２液層から分離される液（第２液）の組成成分、組成比は、第２液層の液の組成成分、組成比と同じである場合もあるが、異なる場合もあり、例えば、液の種類、分離の態様、環境温度によって異なる場合もある。
【００１５】
また、第１液と第２液の種類、超音波振動の周波数条件、環境温度等の要因に応じて、第２液の分離の際に、第１液成分が第２液層側に移動または共に分離する場合もあれば、第２液成分が第１液層側に移動する場合もある。そして、超音波振動作用を停止すると再度比重分離する。
【００１６】
また、第１液層と第２液層とは、比重で分離するものであるが、第２液は、１種類の液体に限定されず、例えば、混合液、乳化剤添加し撹拌作用によって乳化されたＷ／Ｏ型（Ｗａｔｅｒ  ｉｎ  Ｏｉｌ）エマルション（撹拌作用のみでもよい）も含まれる。
【００１７】
前記第1液層の液として水を用い、第２液層の液として燃料油を用いることが挙げられる。この燃料油としては、例えば、灯油、軽油、重油、ガソリン、エマルジョン燃料が挙げられる。また、第２液層の液としては、油性塗料、油性接着剤、油性のコーティング剤等が例示される。
【００１８】
また、超音波振動の発振（共振）周波数は、第１液層の液種類に応じて設定される。第１液層の液が水の場合、超音波振動の発振（共振）周波数は、例えば、１．６〜２．８ＭＨｚが好ましく、より好ましくは、超音波振動子ユニットとして市販され入手容易な、１．６、１．６３、２．４、２．８ＭＨｚである。
【００１９】
「水」は、完全な純水に限定されず、例えば、イオン交換水、水道水、井戸水、硬水、軟水、自然水、雨水等が例示できる。また、溶質含有の水（溶媒）の場合、溶質としては、特に制限されず、例えば、無機物、有機物、金属イオン等が挙げられる。また、水に不溶な物質が混合あるいは分散されていてもよい。
【００２０】
また、他の本発明の液体の分離装置は、
第1液層と、前記第1液層に対して比重差によって分離される第２液層とを収納する容器と、
前記第1液層の下部に超音波振動を発生する超音波振動子と、を備え、
前記第１液層に超音波振動を作用させ、当該第２液層から第２液を分離するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
この構成の作用効果は上記に記載した作用効果と同様である。この分離装置によって分離された第２液は、様々な用途に用いられ、例えば、バーナ等の燃焼装置、エンジン等の内燃機関等の燃料や、塗装装置の塗装液等に有効である。また、この分離装置は、油精製装置、廃油回収装置、液体搬送装置に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、分離装置１０の基本構成を説明するための図である。
【００２３】
図１において、分離装置１０は、比重分離された第１液層と第２液層を収納する容器１１と、この容器下部に設置された超音波振動子１２と、この超音波振動子１２を振動駆動するための超音波発振器１３と、この超音波発振器１３を制御する制御装置１４を備えている。制御装置１４は、超音波発振器１３の各種の駆動制御を行うことができ、さらに、第２液の分離にともなう液量減少に際し、第２液を供給する液体供給装置２０に対する制御も行える。液量減少は、液面検出手段（不図示）によって検出され、例えば、静電容量式検出器、浮き式の検出器、超音波式検出器等を用いることができる。制御装置１４は、専用回路、マイクロコンピュータ、パソコン等で構成できる。その制御手順は、ソフトウエアプログラムで実現してもよい。また、制御装置１４の操作のための入力手段および表示手段等も備えている。また、超音波発振器１３を冷却するために冷却装置を設けることができる。
【００２４】
超音波振動子１２は、公知の超音波振動子、振動板等を用いることができる。また、超音波振動子１２は、容器１１の下部に設置されるが、容器底部と平行に設置してもよく、図２に示すように斜めに設置してもよい。斜めに設置した場合、柱状体１６がその設置された傾斜角に応じて斜めに形成される。超音波振動子１２は、複数設置することができる。超音波振動子の発振周波数は、第１液が水の場合、１．６〜２．８ＭＨｚの範囲が例示できる。通常行なわれる１層構造の水（２５℃）の霧化の場合、例えば、発振（共振）周波数が２．４ＭＨｚであれば、超音波振動子１２面からの適正水位（液面高さ）は２５〜３５ｍｍに設定され、この時発生する霧化粒子径は中心粒子径３μｍである。また、発振（共振）周波数が１．６ＭＨｚであれば、超音波振動子１２面からの適正水位（液面高さ）は４０〜５０ｍｍに設定され、この時発生する霧化粒子径は中心粒子径４μｍである。また、超音波振動子１２の霧化能力は、超音波振動子１２の強さに比例するが、例えば、１０ｍｌ／時間〜１０００ｍｌ／時間である。本発明の場合、第１液層は、第２液層に振動力を伝搬することを主目的として用いられている。その作用については後述する。
【００２５】
容器１１は、液体供給装置２０から供給される第２液体のための供給口が設けられている。この供給口は、図１に示すように、液面より下方側に設置した方が、液体の流動を小さくでき好ましい。また、液面上方から第２液層内部に管を配置するように構成してもよい。また、容器１１は、分離された第２液を容器１１外に排出するための排出口を設けている。図１の場合、霧化体１７を吸引力または搬送力によって排出する例であり、空気流入のための供給口が別途設けられている。排出された霧化体１７は、その用途として各種装置に搬送される。
【００２６】
容器１１の形状、サイズ、材質は、特に制限されないが、振動伝搬力を減少させないような材質、形状が好ましい。図１の場合、容器１１は、円筒形状（直径１００ｍｍ、高さ８００ｍｍ）であり、ガラス製である。
【００２７】
また、第１，第２の液体温度は、超音波振動子１２、液体の種類に応じて設定され、例えば、第１液を水、発振周波数を２．４ＭＨｚの場合、液体温度は５〜５０℃の範囲に制御する。
【００２８】
また、制御装置１４は、第１，第２の液体温度を検出する温度検出手段（不図示）によって検出された検出温度が、設定された設定温度になるように温度調節手段（不図示）を制御する制御部を備えている。これによって、所望の設定温度になるように液体温度を制御することができる。温度調節手段は公知の手段で構成でき、例えば、電気ヒータ、温水式ジャケット、温浴バス等が挙げられる。
【００２９】
（実施例）
次に、図２を用いて第２液層から第２液を分離する作用について説明する。図２（ａ）において、容器１１内部に第１液と第２液が比重分離され２液層構造として収納されている。発振周波数は２．４ＭＨｚ、第１液は水、第２液は灯油である。円筒状容器１１の直径は１００ｍｍ、高さは８００ｍｍである。霧化能力は１２０ｍｌ／時間（水、２５℃）の超音波振動子１２を用いている。なお、本発明の特徴はこの構成に限定されないことはいうまでもない。また、発振周波数が２．４ＭＨｚの場合、灯油１層構造では灯油は霧化されない。
【００３０】
第１液（水）の液面高さｈ１（超音波振動子面から第１，第２液層界面までの高さ）は、３８ｍｍ以上〜７０ｍｍ以内の範囲とする。この範囲は、通常の発振周波数２．４ＭＨｚの場合の水霧化適正高さ２５〜３５ｍｍの範囲よりも大きい。そのため、液面高さ３８ｍｍ以上〜７０ｍｍ以内の範囲の水１層構造の場合に振動作用を施しても、水の霧化は生じない。また、水と灯油の２層構造の場合に、水の液面高さｈ１を水霧化適正高さ２５〜３５ｍｍの範囲にした場合、第２液（灯油）の分離は生じない。
【００３１】
第２液（灯油）の液面高さｈ２（第１、第２液層界面から第２液表面までの高さ）は、５ｍｍを超えて〜５０ｍｍ以内の範囲である。第１液と第２液の液温度は、１９℃である。
【００３２】
上記条件において、超音波振動子１２を振動させた場合、図２（ａ）に示すように、凹部３０が第１、第２液層界面から第１液層下方の超音波振動子１２に向かって形成される。この凹部３０の内部は、第２液で構成されている。また、この凹部３０の形成に前後してまたは伴い、その凹部３０形成位置の垂直上方の第２液層表面に柱状体１６が形成される。これら、凹部３０および柱状体１６は、外観目視した限りでは第２液の局所的な上下への膨張状態であると推測される。
【００３３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、この柱状体１６は、その発生から急激な速さで、垂直上方に向かって成長し、それに伴って、急激に霧化体１７が生成される。霧化体１７が生成されることにより、第２液層から第２液が分離され、第２液面高さｈ２は急激に減少する。第２液面高さｈ２の減少速度から換算して霧化速度（霧化能力）は、２３０ｍｌ／時間である。なお、凹部３０のサイズも大きく成長する。図２（ｂ）において、分離された霧化体１７は、吸引作用によって排出口から排出搬送される。
【００３４】
図２（ｃ）に示すように、第２液層の液面高さｈ２が５ｍｍ未満になると、超音波振動作用を継続していても、凹部３０、柱状体１６、霧化体１７の形成は停止する。この場合に、第１液層の液面高さｈ１は、超音波振動作用開始前と同じであり、第１液は霧化されていないと推測される。
【００３５】
第２液（灯油）の霧化を継続する場合、液体供給装置２０から第２液を供給するように構成される。供給速度は、霧化速度（分離速度）に応じて設定される。
【００３６】
以上の実施形態によれば、発振周波数２．４ＭＨｚの場合、液面高さの比は、第１液面高さｈ１：第２液面高さｈ２＝３８ｍｍ〜７０ｍｍ：５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が望ましいと考えられる。また、発振周波数１．６ＭＨｚ、水霧化適正高さが４０〜５０ｍｍの場合には、第１液面高さｈ１は、５０ｍｍ〜７０ｍｍよりも大きい数値範囲になると推測される。
【００３７】
以上、本実施形態の液体の分離装置によれば、水を霧化させず、灯油を急速に霧化することができる。また、第１液層が減少することがないため、超音波振動子の故障の心配がなく、安全に作動させることができる。また、超音波振動子および超音波発振器を、油霧化に最適な設計として製造する必要がなく、一般に市販されている水用の超音波振動子および超音波発振器を用いることで安価に油を霧化し分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】液体の分離装置の一例について説明するための図
【図２】液体の分離作用について説明するための図
【符号の説明】
【００３９】
１０    分離装置
１１    容器
１２    超音波振動子
１３    超音波発振器
１４    制御装置
１６    柱状体
１７    霧化体
２０    液体供給装置
３０    凹部
【図１】
2008296091.tif 000003
【図２】
2008296091.tif 000004