(57)【要約】【課題】ミストを効率よく発生させながら、ミストを効率よく回収して、冷却等のエネルギー消費を少なくして能率よく溶液を濃縮する。【解決手段】溶液の濃縮方法は、目的物質を含む溶液を霧化機１でミストに霧化してミストと空気との混合流体とする霧化工程と、この霧化工程で得られる混合流体からミストを回収する回収工程とからなる。この濃縮方法は、回収工程において、ミストに含まれる目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜５１を使用する。この濃縮方法は、空気透過膜５１の一次側表面に混合流体を接触させると共に、この一次側表面の圧力を反対側の二次側表面よりも高くして、混合流体の空気を空気透過膜５１に透過させて、混合流体に含まれる空気の一部あるいは全部を分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物質を含む溶液を霧化機(1)でミストに霧化してミストと空気との混合流体とする霧化工程と、この霧化工程で得られる混合流体からミストを回収する回収工程とからなる溶液の濃縮方法において、
回収工程において、ミストに含まれる目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜(51)を使用し、この空気透過膜(51)の一次側表面に混合流体を接触させると共に、この一次側表面の圧力を反対側の二次側表面よりも高くして、混合流体の空気を空気透過膜(51)に透過させて、混合流体に含まれる空気の一部あるいは全部を分離する溶液の濃縮方法。
【請求項２】
霧化機(1)が、溶液を超音波振動させてミストに霧化する請求項１に記載される溶液の濃縮方法。
【請求項３】
霧化機(1)が、溶液を１ＭＨｚ以上で超音波振動させてミストに霧化する請求項２に記載される溶液の濃縮方法。
【請求項４】
回収工程において、空気透過膜(51)で一部の空気を分離した混合流体をさらに冷却してミストを凝集させて回収する請求項１に記載される溶液の濃縮方法。
【請求項５】
空気透過膜(51)で一部の空気を分離した後、冷却してミストを凝集させて分離した混合流体を霧化機(1)に循環させて供給する請求項４に記載される溶液の濃縮方法。
【請求項６】
空気透過膜(51)で混合流体から分離した空気を霧化機(1)に供給する請求項１に記載される溶液の濃縮方法。
【請求項７】
目的物質を含む溶液を入れる霧化室(4)と、この霧化室(4)の溶液を空気中にミストとして飛散させて溶液のミストと空気の混合流体を発生させる霧化機(1)と、この霧化室(4)に連結されて混合流体から空気を分離する空気分離機(50)とを備え、
空気分離機(50)は、目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜(51)で内部を区画して、混合流体を通過させる一次側通路(52)と、空気を排気する二次側排気路(53)とを内部に設けており、
この空気分離機(50)には、二次側排気路(53)に強制排気機(54)を連結しており、この強制排気機(54)でもって二次側排気路(53)の空気を強制的に排気して、空気透過膜(51)の一次側表面の圧力を二次側表面よりも高くし、混合流体に含まれる空気を空気透過膜(51)に透過させて一次側通路(52)を通過する混合流体から空気を分離するようにしてなる溶液の濃縮装置。
【請求項８】
目的物質を含む溶液を入れる霧化室(4)と、この霧化室(4)の溶液を空気中にミストとして飛散させて溶液のミストと空気の混合流体を発生させる霧化機(1)と、この霧化室(4)に連結されて混合流体から空気を分離する空気分離機(50)とを備え、
空気分離機(50)は、目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜(51)で内部を区画して、混合流体を通過させる一次側通路(52)と、空気を排気する二次側排気路(53)とを内部に設けており、
この空気分離機(50)の一次側通路(52)には、霧化室(4)の混合流体を加圧して供給する圧縮機(55)を連結しており、この圧縮機(55)が霧化室(4)の混合流体を一次側通路(52)に圧入して、空気透過膜(51)の一次側表面の圧力を二次側表面よりも高くし、混合流体に含まれる空気を空気透過膜(51)に透過させて一次側通路(52)を通過する混合流体から空気を分離するようにしてなる溶液の濃縮装置。
【請求項９】
空気透過膜(51)が、セラミックの表面にゼオライトをコーティングしてなるろ過材である請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１０】
霧化機(1)が、溶液を超音波振動でミストに霧化する超音波振動子(2)と、この超音波振動子(2)に接続されて超音波振動子(2)に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源(3)とを備える請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１１】
空気分離機(50)の排出側又は吸入側に、サイクロン、パンチング板、デミスター、シェブロン、スクラバー、スプレー塔、静電回収機のいずれを連結してミストを回収する請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１２】
空気分離機(50)に設けている一次側通路(52)の排出側に、混合流体からミストを凝集させて回収する回収室(5)を連結している請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１３】
回収室(5)に冷却用熱交換器(33)を設けており、この冷却用熱交換器(33)で混合流体を冷却してミストを凝集して回収する請求項１２に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１４】
回収室(5)を霧化室(4)に連結しており、空気分離機(50)で空気を分離し、さらに回収室(5)でミストの分離された空気を霧化室(4)に供給する請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【請求項１５】
空気分離機(50)の二次側排気路(53)を霧化室(4)に連結して、空気分離機(50)の空気透過膜(51)で混合流体から分離した空気を霧化室(4)に供給する請求項７又は８に記載される溶液の濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速やかに表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質、主として酒や酒原料等のアルコール溶液から、更に高濃度のアルコールを分離する溶液の濃縮方法と濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、表面過剰となる物性を示す目的物質であるアルコールを分離する装置を開発した。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−３１４７２４号公報
【０００３】
この分離装置は、アルコール溶液を閉鎖構造の超音波霧化室に充填し、この超音波霧化室のアルコール溶液を超音波振動子で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高濃度のアルコール溶液を分離し、アルコール溶液を分離した空気を超音波霧化室に循環させている。この分離装置が目的物質として高濃度のアルコールを分離できるのは、以下の動作による。
【０００４】
速やかに表面に移行して表面過剰となる物性を示すアルコールは、表面の濃度が高くなっている。この状態で超音波振動させると、表面の溶液が超音波振動のエネルギーで空気中にミストとなって微細な粒子で放出される。空気中に放出されたミストはアルコール濃度が高くなっている。アルコール濃度の高い表面の溶液がミストとなるからである。したがって、ミストを凝集して回収すると、高濃度のアルコール溶液が分離される。この方法は、溶液を加熱しないで高濃度のアルコール溶液を分離できる。このため、高濃度に目的物質を分離できる。また、加熱しないので目的物質を変質させることなく分離できる特長もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の装置は、循環される空気中に溶液をミストに霧化する。空気を循環させるのは、空気に含まれるミストと、このミストから気化した目的物質を完全に回収できないからである。すなわち、回収できない目的物質を含む空気を外部に排気すると、目的物質を消失してロスが多くなるので、外部に排気することなく超音波霧化室に循環させている。このため、超音波霧化室には、新鮮な空気が供給されず、目的物質を含む空気が循環される。ところで、溶液を高濃度なミストに霧化する場合、空気中に目的物質が含まれると、目的物質のミストの発生効率が低下する。目的物質をミストに霧化させる場合、溶液面と気相側の非平衡の度合いを大きくして、目的物質のミストを効率よく発生できるが、たとえば超音波霧化室の空気に高濃度にアルコールが含まれると、溶液面と気相側とでアルコールが平衡状態に近くなって、アルコールのミストを効率よく発生できなくなる。
【０００６】
アルコール等の目的物質を回収した空気を超音波霧化室を循環させるのは、この空気に目的物質が含まれるからである。したがって、超音波霧化室に循環される空気にはアルコール等の目的物質が含まれるが、これが目的物質をミストに霧化する効率を悪くする。この欠点は、目的物質を完全に回収して空気を超音波霧化室に循環して解消できるが、現実には空気に含まれる目的物質を完全に回収することはできず、空気に含まれる目的物質がミストの発生効率を悪くしているのが実状である。
【０００７】
また、従来の装置は、ミストを凝集して回収するために空気を冷却している。このため、冷却された空気が超音波霧化室に循環される。ところが、超音波霧化室で溶液をミストに霧化する場合、溶液の温度が低いとミストの発生効率が低下する。この欠点は、溶液を加温して解消できるが、溶液を加温するために熱エネルギーを必要とする。このことは、全体のエネルギー消費を増加させて、溶液を濃縮するためのエネルギー消費が多くなる。
【０００８】
さらに、従来の装置は、ミストを凝集するために空気を冷却しているが、このためのエネルギー消費が多くなる。とくに、ミストを凝集させるために、ミストの搬送気体である空気を冷却するので、空気に含まれミストの濃度が低下すると、冷却する空気量が増加して、冷却のために大きなエネルギーを消費する。超音波霧化室において、ミストを効率よく発生させるには、前述したように、空気に対するミストの濃度を低くする必要がある。ところが、空気に対するミストの濃度が低くなると、空気の冷却エネルギーが大きくなる。この弊害を避けるために、空気に対するミスト量を多くすると、超音波霧化室で効率よくミストを発生できなくなる。
【０００９】
本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ミストを効率よく発生させながら、ミストを効率よく回収することにより、冷却等のエネルギー消費を少なくして能率よく溶液を濃縮できる濃縮方法と濃縮装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の溶液の濃縮方法は、目的物質を含む溶液を霧化機１でミストに霧化してミストと空気との混合流体とする霧化工程と、この霧化工程で得られる混合流体からミストを回収する回収工程とからなる。この濃縮方法は、回収工程において、ミストに含まれる目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜５１を使用する。この濃縮方法は、空気透過膜５１の一次側表面に混合流体を接触させると共に、この一次側表面の圧力を反対側の二次側表面よりも高くして、混合流体の空気を空気透過膜５１に透過させて、混合流体に含まれる空気の一部あるいは全部を分離する。
【００１１】
霧化機１は、溶液を超音波振動させてミストに霧化することができる。霧化機１は、溶液を１ＭＨｚ以上で超音波振動させてミストに霧化することができる。
【００１２】
本発明の濃縮方法は、回収工程において、空気透過膜５１で一部の空気を分離した混合流体を、さらに冷却してミストを凝集させて回収することができる。さらに、この濃縮方法は、空気透過膜５１で一部の空気を分離した後、冷却してミストを凝集させて分離した混合流体を、霧化機１に循環させて供給することができる。さらに、本発明の濃縮方法は、空気透過膜５１で混合流体から分離した空気を霧化機１に供給することができる。
【００１３】
本発明の溶液の請求項７の濃縮装置は、目的物質を含む溶液を入れる霧化室４と、この霧化室４の溶液を空気中にミストとして飛散させて溶液のミストと空気の混合流体を発生させる霧化機１と、この霧化室４に連結されて混合流体から空気を分離する空気分離機５０とを備える。空気分離機５０は、目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜５１で内部を区画して、混合流体を通過させる一次側通路５２と、空気を排気する二次側排気路５３とを内部に設けている。この空気分離機５０は、二次側排気路５３に強制排気機５４を連結している。この濃縮装置は、強制排気機５４でもって二次側排気路５３の空気を強制的に排気して、空気透過膜５１の一次側表面の圧力を二次側表面よりも高くし、混合流体に含まれる空気を空気透過膜５１に透過させて一次側通路５２を通過する混合流体から空気を分離する。
【００１４】
本発明の溶液の請求項８の濃縮装置は、目的物質を含む溶液を入れる霧化室４と、この霧化室４の溶液を空気中にミストとして飛散させて溶液のミストと空気の混合流体を発生させる霧化機１と、この霧化室４に連結されて混合流体から空気を分離する空気分離機５０とを備える。空気分離機５０は、目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜５１で内部を区画して、混合流体を通過させる一次側通路５２と、空気を排気する二次側排気路５３とを内部に設けている。この空気分離機５０は、一次側通路５２に、霧化室４の混合流体を加圧して供給する圧縮機５５を連結している。この濃縮装置は、圧縮機５５が霧化室４の混合流体を一次側通路５２に圧入して、空気透過膜５１の一次側表面の圧力を二次側表面よりも高くし、混合流体に含まれる空気を空気透過膜５１に透過させて一次側通路５２を通過する混合流体から空気を分離する。
【００１５】
空気透過膜５１は、セラミックの表面にゼオライトをコーティングしてなるろ過材とすることができる。霧化機１は、溶液を超音波振動でミストに霧化する超音波振動子２と、この超音波振動子２に接続されて超音波振動子２に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源３とを備えることができる。
【００１６】
本発明の濃縮装置は、空気分離機５０の排出側又は吸入側に、サイクロン、パンチング板、デミスター、シェブロン、スクラバー、スプレー塔、静電回収機のいずれを連結してミストを回収することができる。
【００１７】
本発明の濃縮装置は、空気分離機５０に設けている一次側通路５２の排出側に、混合流体からミストを凝集させて回収する回収室５を連結することができる。
さらに、この濃縮装置は、回収室５に冷却用熱交換器３３を設けて、この冷却用熱交換器３３で混合流体を冷却してミストを凝集して回収することができる。
【００１８】
本発明の濃縮装置は、回収室５を霧化室４に連結して、空気分離機５０で空気を分離し、さらに回収室５でミストの分離された空気を霧化室４に供給することができる。さらに、本発明の濃縮装置は、空気分離機５０の二次側排気路５３を霧化室４に連結して、空気分離機５０の空気透過膜５１で混合流体から分離した空気を霧化室４に供給することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の溶液の濃縮方法と濃縮装置は、ミストを効率よく発生させながら、ミストを効率よく回収して、冷却等のエネルギー消費を少なくして能率よく溶液を濃縮できる特長がある。それは、本発明の濃縮方法と濃縮装置が、霧化機で発生された目的物質を含む溶液のミストと空気との混合流体を、ミストに含まれる目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの空気透過膜の一次側表面に接触させると共に、この一次側表面の圧力を反対側の二次側表面よりも高くして、混合流体の空気を空気透過膜に透過させて、混合流体に含まれる空気を分離するからである。空気の分離された混合流体は、空気の含有量が少なく、目的物質が過飽和な状態となるので、極めて効率よく目的物質を高濃度に回収できる。
【００２０】
とくに、本発明の請求項４の濃縮方法と請求項１３の濃縮装置は、空気透過膜で一部の空気を分離した混合流体を、冷却してミストを凝集させて回収するので、冷却のためのエネルギー消費を少なくしながら、効率よく目的物質を回収できる。それは、空気透過膜で空気の除去された混合流体は空気量が少なくなっており、冷却するときに、少ない冷却量で能率よく目的物質を回収できるからである。
【００２１】
さらに、本発明の請求項５の濃縮方法と請求項１４の濃縮装置は、空気透過膜で一部の空気を分離した後、冷却してミストを凝集させて分離した混合流体を霧化室に循環させているので、エネルギー消費を少なくしながら能率よくミストを発生できる。それは、冷却量の少ない混合流体を霧化室に循環させるので、霧化室において、溶液を加温するエネルギー消費を少なくしながら、溶液をミストに霧化できるからである。
【００２２】
さらに、本発明の請求項６の濃縮方法と請求項１５の濃縮装置は、空気透過膜で混合流体から分離した空気を霧化室に供給するので、霧化室で効率よくミストを霧化できる特長がある。それは、混合流体から分離された空気が目的物質を含んでいないからである。また、空気透過膜で混合流体から分離された空気は、霧化室でミスト発生に最適な温度にコントロールされた空気であるので、これを霧化室に供給することでミストを効率よく発生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための溶液の濃縮方法と濃縮装置を例示するものであって、本発明は溶液の濃縮方法と濃縮装置を以下のものに特定しない。
【００２４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２５】
本発明の溶液の濃縮装置は、液面に移行して表面過剰となる物性を有する目的物質を含む溶液をミストに霧化した後、ミストを回収して溶液を濃縮する。本発明は溶液の溶媒と溶質を特定するものではないが、溶媒は、主として水であるが、水以外にもアルコール等の有機溶媒も使用できる。目的物質を含む溶液は、例えば以下のものである。
(1)  清酒、ビール、ワイン、食酢、みりん、スピリッツ、焼酎、ブランデー、ウイスキー、リキュール
(2)  ピネン、リナロール、リモネン、ポリフェノール類などの香料、芳香成分ないし香気成分を含む溶液
(3)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合した物質を含む溶液
(4)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をハロゲンによって置き換えた物質を含む溶液
(5)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を水酸基によって置き換えた物質を含む溶液
(6)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をアミノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(7)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボニル基によって置き換えた物質を含む溶液
(8)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボキシル基によって置き換えた物質を含む溶液
(9)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をニトロ基によって置き換えた物質を含む溶液
(10)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をシアノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(11)  飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をメルカプト基によって置き換えた物質を含む溶液
(12)  前述の(3)〜(11)の目的物質に含まれるいずれか一つ以上の原子を金属イオンによって置換した物質を含む溶液
(13)  先述の(3)〜(11)の目的物質に含まれる分子のうち任意の水素原子、炭素原子もしくは官能基を(3)〜(11)の分子のうち任意の分子で置き換えた物質を含む溶液
【００２６】
以上の溶液に含まれる目的物質は、表面に移行して表面過剰となる物性がある。この目的物質は、表面濃度が高くなるので、表面の溶液をミストにして霧化させると、ミストは目的物質の濃度が高くなる。したがって、このミストを凝集して回収すると、目的物質の濃度を高くできる。すなわち、溶液から高濃度の目的物質を含むものを分離できる。表面の溶液をミストに霧化する霧化機を特定するものではないが、この霧化機は、溶液を超音波振動させるもの、溶液をキャピラリーから排出して、これを電極で静電霧化するもの等が使用できる。
【００２７】
以下、目的物質をアルコールとする溶液から、超音波振動でミストを発生させて高濃度なアルコールを得る装置と方法を示す。ただし、本発明は目的物質をアルコールに特定せず、表面に移行して表面過剰となる全ての目的物質を分離できる。また、溶液をミストに霧化する霧化機を、超音波振動による霧化機に特定せず、たとえば静電霧化等も使用できる。
【００２８】
図１ないし図４に示す濃縮装置は、溶液が供給される閉鎖構造の霧化室４と、この霧化室４の溶液をミストに霧化する霧化機１と、霧化室１で霧化されたミストと空気との混合流体から空気を分離する空気分離機５０と、この空気分離機５０で一部の空気を分離した混合流体をさらに凝集させて回収する回収室５と、混合流体を移送する強制搬送機３５とを備える。
【００２９】
溶液はポンプ１０で霧化室４に供給される。霧化室４は、供給される全ての溶液をミストとして霧化させない。全ての溶液を霧化して回収室５で回収すると、霧化室４に供給する溶液と、回収室５で回収される溶液のアルコール等の目的物質濃度が同じになるからである。霧化室４に供給された溶液は、ミストとして霧化して容量が少なくなるにしたがって、目的物質の濃度が低下する。このため、ミストに含まれる目的物質の濃度も次第に低下する。霧化室４の溶液は、目的物質濃度が低下すると新しいものに入れ換えられる。
【００３０】
霧化室４は、たとえば、目的物質の濃度が１０〜５０重量％である溶液を霧化して、目的物質の濃度が低下した後、溶液を新しいものに入れ換える。一定の時間経過すると溶液を新しいものに入れ換える方法、すなわちバッチ式に溶液を交換する。ただ、霧化室４に、ポンプ１０を介して溶液を蓄えている原液槽１１を連結し、原液槽１１から連続的に溶液を供給することもできる。この装置は、霧化室４の溶液を排出しながら、原液槽１１から溶液を供給して、霧化室４の溶液のアルコール等の目的物質濃度が低下するのを防止する。また、図４の矢印Ｂで示すように、霧化室４の溶液を原液槽１１に循環することなく外部に排出して、原液槽１１に含まれる目的物質の濃度が低下するのを防止することもできる。
【００３１】
霧化室４の溶液は、霧化機１でミストに霧化される。霧化機１で霧化されたミストは、溶液よりも目的物質濃度が高くなる。したがって、霧化機１で溶液をミストに霧化し、ミストを凝集して回収することで、高濃度な溶液を効率よく分離できる。
【００３２】
霧化機１は、複数の超音波振動子２と、この超音波振動子２に高周波電力を供給する超音波電源３とを備える。霧化機１は、好ましくは１ＭＨｚ以上の周波数で超音波振動されて、溶液を霧化する。この霧化機１を使用すると、溶液を極めて微細なミストに霧化して、より高濃度に濃縮できる特長がある。本発明は、霧化機を超音波振動によるものに特定するものではないが、超音波振動による霧化機においては、振動周波数を１ＭＨｚよりも低くすることが可能である。
【００３３】
溶液を超音波振動させる霧化機１は、溶液を、霧化室４の溶液よりも高濃度なミストとして溶液面Ｗから飛散させる。溶液が超音波振動されると、溶液面Ｗに液柱Ｐができ、この液柱Ｐの表面からミストが発生する。図５に示す霧化機１は、溶液を充填している霧化室４の底に、霧化機１の超音波振動子２を上向きに配設している。超音波振動子２は、底から溶液面Ｗに向かって上向きに超音波を放射して、溶液面Ｗを超音波振動させて、液柱Ｐを発生させる。超音波振動子２は、垂直方向に超音波を放射する。
【００３４】
図の霧化機１は、複数の超音波振動子２と、これ等の超音波振動子２を超音波振動させる超音波電源３とを備える。超音波振動子２は、霧化室４の底に水密構造に固定される。複数の超音波振動子２が溶液を超音波振動させる装置は、より効率よく溶液をミストに霧化する。
【００３５】
複数の超音波振動子２は、図６と図７に示すように、防水構造で脱着プレート１２に固定される。複数の超音波振動子２を固定している脱着プレート１２は、図８と図９に示すように、防水構造で脱着できるように霧化室４のケーシング１３に装着される。この脱着プレート１２が霧化室４のケーシング１３に装着されて、各々の超音波振動子２は霧化室４の溶液を超音波振動する。
【００３６】
図６と図７に示す脱着プレート１２は、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂを備えており、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂを積層して、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂの間に超音波振動子２を防水構造で挟着している。表面プレート１２Ａは貫通孔１２ａを開口しており、この貫通孔１２ａに振動面２Ａを位置させて超音波振動子２を表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂに挟着して固定している。裏面プレート１２Ｂは、超音波振動子２を嵌入する凹部１２ｂを設けて、この凹部１２ｂに超音波振動子２を嵌入している。図６の脱着プレート１２は、裏面プレート１２Ｂに凹部１２ｂを設けているが、表面プレートに凹部を設けて、この凹部に超音波振動子を嵌入することもできる。
【００３７】
超音波振動子２と表面プレート１２Ａとの間を防水構造とするために、表面プレート１２Ａと超音波振動子２との間にパッキン１６を挟着している。図６に示す霧化機１は、超音波振動子２と裏面プレート１２Ｂとの間にもパッキン１６を挟着して防水構造としている。ただし、霧化機は、必ずしも超音波振動子と裏面プレートとの間を防水構造とする必要はない。それは、超音波振動子と表面プレートとの間を防水構造とする脱着プレートを霧化室のケーシングの下面に固定して、霧化室の溶液が漏れるのを阻止できるからである。パッキン１６は、ゴム状弾性体のＯリングである。Ｏリングのパッキン１６は、超音波振動子２の振動面２Ａの外周縁と表面プレート１２Ａとの対向面に配設されて、超音波振動子２の振動面２Ａと表面プレート１２Ａとの間を防水構造として、この間から水が漏れるの阻止する。さらに、超音波振動子２の外周と裏面プレート１２Ｂとの間を防水構造で連結する。
【００３８】
パッキン１６は、テフロン（登録商標）、シリコン、天然または合成ゴム等のゴム状弾性体である。このパッキン１６は、超音波振動子２と表面プレート１２Ａとの間、超音波振動子２と裏面プレート１２Ｂとの間に、弾性変形して押しつぶされる状態で挟着されて、超音波振動子２と表面プレート１２Ａ及び裏面プレート１２Ｂの表面に隙間なく密着して連結部分を防水構造とする。ただし、パッキン１６には、銅、シンチュウ、アルミニウム、ステンレス等の金属をリング状に加工した金属パッキンも使用できる。
【００３９】
図６と図７に示す脱着プレート１２は、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂの片側縁を蝶番１７で連結している。この脱着プレート１２は、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａとを開いて、超音波振動子２を簡単に脱着できる。超音波振動子２を交換するとき、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａが開かれる。この状態で、古い超音波振動子を取り出して新しい超音波振動子２とパッキン１６を所定の位置に入れる。その後、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａを閉じて、超音波振動子２が交換される。閉じられた裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａは、蝶番１７の反対側を止ネジ（図示せず）で連結し、あるいは霧化室４のケーシング１３に固定して連結される。
【００４０】
以上の霧化機１は、パッキン１６を使用して防水構造としているが、パッキンの位置にコーキング材を充填して防水構造とすることもできる。さらに、図６に示す霧化機１は、脱着プレート１２を表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂからなる２枚の金属プレート、あるいは非金属の硬質プレートで構成しているが、脱着プレート１２は図１０ないし図１２に示すように１枚のプレートとすることもできる。この脱着プレート１２は、金属プレートあるいは非金属硬質プレートで、超音波振動子２を配設する凹部１２ｂを上方に、あるいは貫通孔１２ａを開口して設けている。
【００４１】
図１０の霧化機１は、脱着プレート１２の凹部１２ｂに超音波振動子２を入れて、超音波振動子２の外周部分の上下にパッキン１６を配置している。さらに、脱着プレート１２の開口部にリングプレート１８を固定している。リングプレート１８は、超音波振動子２の上面に配置しているパッキン１６を押圧して、超音波振動子２を凹部１２ｂに防水構造で固定する。凹部１２ｂは底に貫通孔１２ｃを設けて、リード線１９を外部に引き出している。
【００４２】
図１１の霧化機１は、パッキンとリングプレートを使用することなく、脱着プレート１２の凹部１２ｂに入れた超音波振動子２をコーキング材２０で接着して防水構造で固定している。この超音波振動子２もリード線１９を凹部１２ｂの底部に開口している貫通孔１２ｃから外部に引き出している。貫通孔１２ｃとリード線１９との間にもコーキング材２０を充填して、水漏れしない防水構造としている。
【００４３】
図１２の霧化機１は、脱着プレート１２に貫通孔１２ａを開口しており、この貫通孔１２ａに振動面２Ａを位置させて、超音波振動子２を脱着プレート１２の下面に固定している。超音波振動子２を脱着プレート１２に固定するために、脱着プレート１２の底面には固定具２１を固定している。超音波振動子２は、外周部分の上下に配置したパッキン１６を介して防水構造で脱着プレート１２に固定している。固定具２１は段差凹部を有するリング状で、外周縁部を貫通する固定ネジ２２が脱着プレート１２にねじ込まれて脱着プレート１２に固定されている。固定具２１は、段差凹部の底面で超音波振動子２の下面に配置しているパッキン１６を押圧して、超音波振動子２を脱着プレート１２に防水構造で固定する。固定具２１は、段差凹部の底面に貫通孔２１Ａを設けており、ここからリード線１９を外部に引き出している。
【００４４】
図８と図９は、霧化機１を固定する霧化室４を示す。これ等の図に示す霧化室４は、ケーシング１３の底面に開口部１３Ａを設けて、この開口部１３Ａを防水構造で閉塞するように脱着プレート１２を固定している。脱着プレート１２は、パッキン２３を介して防水構造でケーシング１３に固定される。脱着プレート１２を固定するために、ケーシング１３の底面には固定金具２４を固定している。固定金具２４はＬ字状で、これを貫通する止ネジ２５で脱着プレート１２を押圧して霧化室４のケーシング１３に固定する。この構造で霧化室４に固定される複数の超音波振動子２は、ケーシング１３の底面から上面に向かって溶液を超音波振動させる。この脱着プレート１２は、霧化室４のケーシング１３の底面に、開口部１３Ａを閉塞するように、しかも脱着できるように装着される。
【００４５】
脱着プレート１２は、図１３に示すように、霧化室４の溶液中に浸漬して、溶液を超音波振動させることもできる。この構造は、簡単に脱着プレート１２を霧化室４に脱着できるように配置できる。溶液中に浸漬される霧化機１は、たとえば図１１に示す構造として、超音波振動子２の振動面２Ａを除く部分を防水構造として脱着プレート１２に固定している。
【００４６】
霧化室４の溶液が超音波振動子２や超音波電源３で高温に過熱されると、品質が低下することがある。この弊害は、超音波振動子２を強制的に冷却して解消できる。さらに、好ましくは超音波電源３も冷却する。超音波電源３は直接には溶液を加熱することはないが、周囲を加熱して間接的に溶液を加熱する。超音波振動子２や超音波電源３は、これ等に冷却パイプを熱結合する状態で配設、すなわち、冷却パイプを接触させる状態で配設して冷却できる。冷却パイプは、冷却機で冷却した液体や冷媒、あるいは地下水や水道水等の冷却水を流して超音波振動子と超音波電源を冷却する。
【００４７】
さらに、図４に示す濃縮装置は、霧化室４の溶液温度を制御する温度制御機構７５を備える。温度制御機構７５は、溶液の温度が所定の温度となるように溶液を冷却する冷却器７６を備える。この温度制御機構７５は、霧化室４に貯溜された溶液の温度を温度センサー７７で検出すると共に、冷却器７６を制御して溶液の温度を３０℃以下に保持する。このように、温度制御機構７５で溶液の温度を制御する濃縮装置は、気泡装置２８から供給される気泡の溶解度を高くできる。
【００４８】
溶液の温度は、超音波振動で溶液をミストに霧化する効率に影響を与える。溶液の温度が低くなると、ミストに霧化する効率が低下する。溶液は温度を低くして、品質の低下を少なくできる。ただ、溶液温度が低いとミストに霧化する効率が低下するので、溶液の温度は、目的物質が温度で変化する特性を考慮しながら、効率よくミストに霧化できる温度に設定される。温度が高くなっても品質の低下が少なく、あるいは問題にならない目的物質は、溶液の温度を高くして効率よくミストに霧化することができる。
【００４９】
さらに、図４に示す濃縮装置は、霧化室４において、超音波振動されて溶液面Ｗにできる液柱Ｐに送風機構２７から風を吹き付けている。図の送風機構２７は、液柱Ｐに風を吹き付けるファン２９を備えている。このように、送風機構２７で液柱Ｐに風を吹き付ける濃縮装置は、液柱Ｐの表面から効率よくミストに霧化できる特長がある。ただ、本発明の濃縮装置は、図１ないし図３に示すように、必ずしも送風機構を設けて液柱に風を吹き付ける必要はない。
【００５０】
空気分離機５０は、霧化室４から供給された混合流体から空気を分離する。この空気分離機５０は、空気透過膜５１で内部を一次側通路５２と二次側排気路５３とに区画している。一次側通路５２は、霧化機１に連結されて混合流体を通過させる。二次側排気路５３は、空気透過膜５１に透過させて混合流体から分離した空気を排気する。
【００５１】
空気透過膜５１は、空気のみを通過させて、目的物質を通過させない。したがって、この空気透過膜５１は、目的物質を通過させないが空気を通過させるポアサイズの膜であるモリキュラーシーブを使用する。空気は、約８０％の窒素と２０％の酸素からなる。したがって、空気透過膜５１は、窒素と酸素を通過させるポアサイズの膜である。この空気透過膜５１のポアサイズは、好ましくは０．４ｎｍ〜０．５ｎｍである。この空気透過膜５１は、ポアサイズよりも大きいエタノール等の目的物質を通過させないが、ポアサイズよりも小さい窒素と酸素からなる空気を通過させる。以上のポアサイズの空気透過膜５１は、たとえば、セラミックの表面にゼオライトをコーティングして製作される。
【００５２】
空気分離機５０は、一次側通路５２を霧化室４に連結して、空気透過膜５１の一次側表面に混合流体を接触させる。さらに、図１、図３、図４の装置は、二次側排気路５３を強制排気機５４に連結し、図２の装置は、一次側通路５２に圧縮機５５を連結して、一次側表面の圧力を反対側の二次側表面よりも高くして、混合流体の空気を空気透過膜５１に透過させて、混合流体の空気の一部あるいは全部を分離している。
【００５３】
強制排気機５４は、空気を強制的に吸引して排出する真空ポンプ等の吸引ポンプである。強制排気機５４は、吸入側を二次側排気路５３に連結して、二次側排気路５３の空気を強制的に排気する。空気が排気される二次側排気路５３は、圧力が大気圧よりも低くなって、一次側通路５２よりも低くなる。すなわち、一次側通路５２の圧力が二次側排気路５３よりも相対的に高くなる。この状態になると、混合流体に含まれる空気は、空気透過膜５１を透過して、一次側通路５２から二次側排気路５３に通過して、混合流体から分離される。
【００５４】
図２の装置は、圧縮機５５で混合流体を一次側通路５２に圧入する。圧縮機５５は、吸入側を霧化室４に連結している。二次側排気路５３は、大気に開放している。ただし、二次側排気路に強制排気機を連結して、二次側排気路の圧力を大気圧以下に減圧することもできる。圧縮機５５は、混合流体を大気圧以上に加圧して一次側通路５２に圧入して、一次側通路５２の圧力を二次側排気路５３よりも高くする。この状態で、混合流体に含まれる空気は、一次側表面と二次側表面の圧力差で空気透過膜５１を透過する。空気透過膜５１を透過する空気は、一次側通路５２から二次側排気路５３に移送されて、混合流体から分離される。この構造は、空気透過膜５１の一次側表面と二次側表面の圧力差を大きくできる。このため、混合流体の空気を速やかに分離できる。圧縮機５５が、高い圧力で混合流体を一次側通路５２に圧入できるからである。
【００５５】
さらに、図２の装置は、前段回収室６０を介して圧縮機５５の吸入側を霧化室４に連結している。濃縮装置は、前段回収室６０として、サイクロン、パンチング板、デミスター、シェブロン、スクラバー、スプレー塔、静電回収機のいずれかを連結してミストを回収することができる。図２の濃縮装置は、これらの機構を、空気分離機５０と霧化室４との間に配置して前段回収室６０としている。この装置は、前段回収室６０で一部のミストを回収した混合流体を空気分離機５０に供給する。ただ、濃縮装置は、図示しないが、空気分離機と回収室との間に、サイクロン、パンチング板、デミスター、シェブロン、スクラバー、スプレー塔、静電回収機のいずれを連結してミストを回収することもできる。
【００５６】
空気分離機５０で分離された空気は、目的物質を含まない空気である。図１の装置は、空気分離機５０で分離した空気を霧化室４に供給している。空気分離機５０で分離した空気を霧化室４に供給する装置は、霧化室４で効率よくミストを霧化できる。それは、空気分離機５０で混合流体から分離された空気が目的物質を含まないからである。また、空気分離機５０で分離された空気は、霧化室４でミスト発生に最適な温度にコントロールされた空気であるから、これを霧化室４に供給して、ミストを効率よく発生できる。
【００５７】
空気分離機５０で空気の分離された混合流体は、空気の含有量が少なく、いいかえると、空気に対するミスト量が多くなって、ミストの目的物質が過飽和な状態となるので、回収室５において効率よくミストを回収できる。回収室５に供給される混合流体は、空気分離機５０で空気を分離しているので、霧化室４から排出される混合流体に比較して空気量が少なくなっている。
【００５８】
空気分離機５０で一部の空気が分離された混合流体は回収室５に移送される。混合流体は、送風機又は圧縮機からなる強制搬送機３５で回収室５に供給される。強制搬送機３５は、空気分離機５０から回収室５に混合流体を供給するために、空気分離機５０と回収室５との間に連結される。強制搬送機３５は、空気分離機５０で空気の一部を分離した混合流体を吸収して回収室５に供給する。
【００５９】
図３と図４に示す装置は、強制搬送機３５に圧縮機３５Ａを使用している。強制搬送機３５に圧縮機３５Ａを使用すると、混合流体を大気圧以上に加圧して回収室５に供給できる。この濃縮装置は、回収室５において、気相中の目的物質の飽和蒸気分圧を大気圧下における飽和蒸気分圧よりも低下させて、ミストをより効果的に凝集させて回収できる。
【００６０】
圧縮機３５Ａには、ピストン式の圧縮機、ロータリー式の圧縮機、ダイヤフラム式の圧縮機は、リショルム式の圧縮機等を使用できる。圧縮機３５Ａには、好ましくは混合流体を０．２〜１ＭＰａの圧力に圧送できるタイプのものを使用する。
【００６１】
強制搬送機３５に圧縮機３５Ａを使用して、回収室５の圧力を高くする装置は、回収室５の排出側に絞り弁３６を連結する。ただし、圧縮機が回収室に供給する混合流体の流量が多い場合、必ずしも回収室の排出側に絞り弁を設ける必要はない。回収室の排出側の通過抵抗が大きい場合、圧縮機が多量の混合流体を回収室に供給して、回収室の圧力を大気圧以上にできるからである。ただ、回収室の排出側に絞り弁を連結して、効率よく回収室を大気圧以上に加圧できる。絞り弁３６は、回収室３５Ａから排出される混合流体の通過抵抗を大きくして、回収室５の圧力を高くする。絞り弁３６には、開度を調整して混合流体の通過抵抗を調整できる弁、あるいはキャピラリチューブ等の細管でもって混合流体の通過抵抗を大きくしてなる配管、あるいはまた配管内に混合流体の通過抵抗を大きくする抵抗材を充填しているもの等を使用できる。絞り弁３６が通過抵抗を大きくするほど、回収室５の圧力は高くなる。
【００６２】
図１４は、回収室５が大気圧以上に加圧されるにしたがって、混合流体である空気に含まれる目的物質のエタノール量が減少する状態を示している。このグラフからわかるように、混合流体の空気は、温度が高くなるにしたがって、気体の状態で含有できるエタノール量が増加する。しかしながら、圧力が高くなると気体の状態で含有できるエタノール量は急激に減少する。たとえば、３０℃において、乾燥空気に含有できるエタノール量は、圧力を大気圧の０．１ＭＰａから０．５ＭＰａと高くすると、含有できるエタノール量は約１／５と著しく少なくなる。気体の状態で含有できる最大エタノール量が少なくなると、最大エタノール量よりも多量のエタノールは、全て過飽和なミストの状態となって、効率よく回収できる。気体の状態で含有されるエタノールは、これをミストにしないかぎり凝集して回収できない。また、超音波振動が目的物質をミストの状態に霧化しても、これが気体の状態に気化してしまうと、凝集して回収できなくなる。このため、超音波振動でミストになった目的物質は、これを気化させることなく、ミストの状態として回収することが大切である。また、ミストが気化しても、過飽和な状態として再び液化させて回収できる。すなわち、目的物質を効率よく回収するためには、ミストになった目的物質を混合流体に気化させる量をできるかぎり少なくすることが大切である。本発明は、ミストを含む混合流体を大気圧以上に加圧して、目的物質の飽和蒸気分圧を低くし、これによって混合流体に含まれる目的物質を気体の状態でなくてミストの状態として効率よく回収する。混合流体を冷却することで飽和蒸気分圧を低くすることもできるが、加圧する方法は、圧縮機でもって極めて簡単に、しかも少ないエネルギーで効率よく飽和蒸気分圧を低くできる特徴がある。さらに、冷却しながら加圧することで、目的物質の飽和蒸気分圧をさらに低くして、目的物質をさらに効率よく回収するとも可能となる。
【００６３】
圧縮機３５Ａが混合流体を圧縮すると、混合流体は断熱圧縮されて発熱する。また、混合流体が絞り弁３６を通過すると、断熱膨張して冷却される。圧縮機３５Ａから回収室５に供給される混合流体は、ミストを効率よく回収するために冷却するのがよく、発熱すると回収効率が悪くなる。この弊害を少なくするために、図３の装置は、絞り弁３６の排出側と、圧縮機３５Ａの排出側であって回収室５の流入側とを熱交換する排熱用熱交換器３７を設けている。この排熱用熱交換器３７は、絞り弁３６の排出側で断熱膨張して冷却される混合流体でもって、圧縮機３５Ａで断熱圧縮して加熱された混合流体を冷却する。
【００６４】
排熱用熱交換器３７は、循環パイプ３８の内部に冷媒を循環させている。循環パイプ３８は、一方を絞り弁３６の排出側に熱結合して、他方を圧縮機３５Ａの排出側に熱結合している。循環パイプ３８を循環する冷媒は、絞り弁３６の排出側で冷却される。ここで冷却された冷媒が圧縮機３５Ａの排出側を冷却する。循環パイプ３８は、図示しないが、熱結合させる部分を二重管構造として、混合流体と冷媒とを熱結合している。
【００６５】
さらに、図３に示す装置は、絞り弁３６の排出側を、冷却用熱交換器３３を冷却する凝縮器４０に連結する第２排熱用熱交換器３９を備える。この第２排熱用熱交換器３９は、前述の排熱用熱交換器３７と同じ構造で、絞り弁３６の排出側で冷媒を冷却し、この冷却された冷媒で凝縮器４０を冷却して、凝縮器４０の内部を循環する冷媒を液化させる。
【００６６】
図２ないし図４の装置は、霧化室４と空気分離機５０と回収室５とを循環ダクト３０で連結して、混合流体を霧化室４と回収室５とに循環させる。図１の装置は、霧化室４の排出側と空気分離機５０と回収室５の供給側とを循環ダクト３０で連結するが、回収室５の排出側と霧化室４の供給側とを循環ダクトで連結しない。この装置は、空気分離機５０で分離した空気を霧化室４に循環させている。
【００６７】
図１ないし図４に示す回収室５は、ミストを冷却して凝集させる冷却用熱交換器３３を内蔵している。冷却用熱交換器３３は、熱交換パイプ３４にフィン（図示せず）を固定している。熱交換パイプ３４に冷却用の冷媒や冷却水を循環させて、冷却用熱交換器３３を冷却する。霧化室４で霧化されたミストは、一部が気化して気体となるが、気体は回収室５の冷却用熱交換器３３で冷却され、結露して凝集されて回収される。回収室５に流入されるミストは、冷却用熱交換器３３に衝突し、あるいは互いに衝突して大きく凝集し、または冷却用熱交換器３３のフィン等に衝突して大きく凝集して溶液として回収される。ミストと気体を冷却用熱交換器３３で凝集して回収した空気は、循環ダクト３０を介して再び霧化室４に循環される。
【００６８】
回収室５において、ミストをより速やかに回収するために、図１５の回収室５は、溶液を散水するノズル６を備える。ノズル６は、循環ポンプ１５を介して回収室５の底部に連結される。循環ポンプ１５は、回収室５に回収された溶液を吸入して、ノズル６から噴霧させる。
【００６９】
図の濃縮装置は、回収室５の上部にノズル６を配設している。上部のノズル６は、下向きに溶液を噴霧する。ノズル６から噴霧される溶液は、霧化機１で霧化されたミストに比較して充分に大きな水滴であって、回収室５の内部を速やかに落下し、落下するときに、回収室５の内部に浮遊しているミストに衝突して、ミストを回収しながら落下する。したがって、回収室５に浮遊するミストを効率よく速やかに回収できる。
【００７０】
図の濃縮装置は、ノズル６を上部に配設しているが、回収室５の下部にノズルを配設することもできる。下部のノズルは、上向きに溶液を噴霧する。このノズルは、回収室５の天井に溶液を衝突させる速度で、あるいは、天井の近傍まで上昇する速度で溶液を噴霧する。天井の近傍まで上昇するように噴霧される溶液は、天井の近傍で下向きに方向を変えて落下するので、上昇するときと降下するときにミストに接触して、ミストを効率よく回収する。
【００７１】
図２０の回収室５は、内部に複数枚の邪魔板７を配設している。邪魔板７は、隣接するものとの間にミストを通過できる隙間を設けて、垂直の姿勢で配設している。垂直の邪魔板７は、ミストを表面に衝突させて付着する溶液を自然に流下させて回収できる。図の邪魔板７は、表面を凹凸面として、ミストをより効率よく接触させて回収できるようにしている。
【００７２】
さらに、図１６の回収室５は、ミストを強制送風して撹拌するファン９を設けている。ファン９は、回収室５のミストを撹拌する。撹拌されるミストは、互いに衝突して凝集し、あるいは、邪魔板７の表面に衝突して凝集する。凝集するミストは、速やかに落下して回収される。図のファン９は、回収室５のミストを下向きに送風して循環させる。
【００７３】
図１７の回収室５は、ミストを振動して互いに衝突する確率を高くするミスト振動器８を設けている。ミスト振動器８は、回収室５の気体を振動させる電気振動−機械振動変換器と、この電気振動−機械振動変換器を駆動する振動電源とを備える。電気振動−機械振動変換器は、可聴周波数の音を放射するスピーカーや、可聴周波数よりも高い超音波を放射する超音波振動子等である。電気振動−機械振動変換器が、ミストを効率よく振動させるために、電気振動−機械振動変換器から放射される振動を回収室５で共振させる。このことを実現するために、電気振動−機械振動変換器は、回収室５で共振する周波数で振動させる。いいかえると、回収室５を電気振動−機械振動変換器から放射される振動に共振する形状に設計する。
【００７４】
超音波は人間の可聴周波数を越える高い周波数であるので、耳には聞こえない。このため、超音波を放射するミスト振動器８は、回収室５の気体を激しく振動させて、いいかえると、電気振動−機械振動変換器の出力を極めて大きくして、人間に音の害を与えることがない。このため、超音波はミストを激しく振動して、効率よく衝突させて、速やかに回収できる特長がある。
【００７５】
以上の濃縮装置は、回収室５に、ミストを効率よく凝集させる装置を配設するので、ミストをより速やかに凝集させて高濃度の溶液とすることができる。さらに、図示しないが、本発明の濃縮装置は、回収室に、溶液を噴霧するノズルと、ミストを撹拌するファンと、ミストを振動させる振動器の全てを内蔵させて、最も効率よくミストを凝集できる。また、ミストを凝集させるふたつの装置を内蔵して、ミストを効率よく凝集させることもできる。
【００７６】
霧化室４と回収室５は、好ましくは不活性ガスを充填する。この装置は、不活性ガスによって、霧化室４や回収室５における溶液の変質が防止される。このため、より高品質な状態で高濃度の溶液を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例にかかる溶液の濃縮装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施例にかかる溶液の濃縮装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかる溶液の濃縮装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる溶液の濃縮装置を示す概略構成図である。
【図５】超音波霧化室と超音波霧化機の一例を示す概略断面図である。
【図６】超音波振動子と脱着プレートの連結構造の一例を示す拡大断面図である。
【図７】図６に示す脱着プレートの平面図である。
【図８】脱着プレートを超音波霧化室に装着した状態を示す断面図である。
【図９】図８に示す脱着プレートと超音波霧化室の連結構造を示す拡大断面図である。
【図１０】超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面斜視図である。
【図１１】超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。
【図１２】超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。
【図１３】脱着プレートを超音波霧化室に配置する他の一例を示す断面図である。
【図１４】加圧下における空気中の絶対エタノール量を示すグラフである。
【図１５】回収室の一例を示す概略断面図である。
【図１６】回収室の他の一例を示す概略断面図である。
【図１７】回収室の他の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…霧化機
２…超音波振動子        ２Ａ…振動面
３…超音波電源
４…霧化室
５…回収室
６…ノズル
７…邪魔板
８…ミスト振動器
９…ファン
１０…ポンプ
１１…原液槽
１２…脱着プレート      １２Ａ…表面プレート      １２Ｂ…裏面プレート
１２ａ…貫通孔            １２ｂ…凹部
１２ｃ…貫通孔
１３…ケーシング        １３Ａ…開口部
１５…循環ポンプ
１６…パッキン
１７…蝶番
１８…リングプレート
１９…リード線
２０…コーキング材
２１…固定具            ２１Ａ…貫通孔
２２…固定ネジ
２３…パッキン
２４…固定金具
２５…止ネジ
２７…送風機構
２８…気泡装置
２９…ファン
３０…循環ダクト
３３…冷却用熱交換器
３４…熱交換パイプ
３５…強制搬送機            ３５Ａ…圧縮機
３６…絞り弁
３７…排熱用熱交換器
３８…循環パイプ
３９…第２排熱用熱交換器
４０…凝縮器
５０…空気分離機
５１…空気透過膜
５２…一次側通路
５３…二次側排気路
５４…強制排気機
５５…圧縮機
６０…前段回収室
７５…温度制御機構
７６…冷却器
７７…温度センサー
Ｗ…溶液面
Ｐ…液柱
【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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【図１７】
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