(57)【要約】【課題】廃棄アルコール類に含まれるアルコール以外の成分が原因となって超音波振動子の性能が低下することを抑制でき、かつ超音波振動子を取り外して洗浄する作業も抑制することができる超音波霧化装置を提供する。【解決手段】超音波霧化装置１は、被処理液を入れる処理容器１０と、処理容器１０の底部に配置される１つまたは複数の超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、被処理液を霧化させるための振動数を発生させるように、および超音波振動子を洗浄するための振動数を発生させるように、複数段切り替え可能に超音波振動子を駆動制御する制御部４０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波処理される被処理液を入れる処理容器と、
前記処理容器の底部に配置される１つまたは複数の超音波振動子と、
前記被処理液を霧化させるための振動数を発生する第１周波数帯域と、前記超音波振動子を洗浄するための振動数を発生する第２周波数帯域とを切り替え可能に前記超音波振動子を駆動制御する制御部と、を有する超音波霧化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記被処理液に含まれる物質を凝集させるための振動数を発生する第３周波数帯域と、前記第１周波数帯域と、前記第２周波数帯域とを切り替え可能に前記超音波振動子をさらに駆動制御する、請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項３】
前記第１周波数帯域は１．５ＭＨｚ〜２．４ＭＨｚであり、前記第２周波数帯域は２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである、請求項１または２に記載の超音波霧化装置。
【請求項４】
前記第３周波数帯域は５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである、請求項２または３に記載の超音波霧化装置。
【請求項５】
前記被処理液が廃棄アルコール類である、請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項６】
前記被処理液が水道水である、請求項１に記載の超音波霧化装置。
【請求項７】
超音波処理される被処理液を処理容器に供給する供給工程と、
霧化運転期間において、前記処理容器内の被処理液に対し第１周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動させて霧化を行う霧化工程と、
洗浄運転期間において、前記被処理液に対し第２周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように前記超音波振動子を駆動させて超音波振動子の洗浄を行う洗浄工程と、を含む超音波霧化方法。
【請求項８】
前記被処理液に含まれる物質を凝集させるための第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように前記超音波振動子を駆動させて物質を凝集させる凝集工程と、
前記凝集工程で凝集された凝集物を排出する排出工程と、をさらに含む請求項７に記載の超音波霧化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄アルコール類や、霧化されず残留して超音波振動子に付着するような物を含有する液体の超音波霧化装置、その方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本酒を超音波で霧化させて高濃度のアルコールと低濃度のアルコール残液を得る方法が知られている（特許文献１）。また、アルコール類含有の液体を超音波で霧化して、燃焼装置（バーナ）の燃料に利用することが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１８７６０１
【特許文献２】特開２００８−３０９３５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、廃棄日本酒の種類は多く、中にはにごり酒のように、ろ過されずに固形物が混じったものもある。これをそのまま超音波霧化すると固形物や糖分が超音波霧化装置の底部に設置した超音波振動子に付着したり、堆積したりする。このように固形物や糖分が超音波振動子に付着や堆積をすると、所定エネルギーの超音波を発生できず、超音波振動子本来の性能が短時間で低下するという問題がある。特に、所定時間だけ装置を稼動させるような（例えば昼間）間欠運転の場合、超音波停止中の固形物や糖分の沈降・堆積が著しい。
【０００５】
そして、超音波振動子やその周りに固形物などが付着・堆積した場合には、装置内の被処理液をすべて排出し、超音波振動子を装置から取り外して、超音波振動子を洗浄する必要があり、大変面倒であった。
【０００６】
そこで、上記問題に鑑みて、本発明は、廃棄アルコール類に含まれるアルコール以外の成分が原因となって超音波振動子の性能が低下することを抑制でき、かつ超音波振動子を取り外して洗浄する作業も抑制することができる超音波霧化装置およびその超音波霧化方法を提供することを目的とする。また、本発明は、霧化されず残留して超音波振動子に付着するような含有物が原因となって超音波振動子の性能が低下することを抑制できる超音波霧化装置およびその超音波霧化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超音波霧化装置は、
超音波処理される被処理液を入れる処理容器と、
前記処理容器の底部に配置される１つまたは複数の超音波振動子と、
前記被処理液を霧化させるための振動数を発生する第１周波数帯域と、前記超音波振動子を洗浄するための振動数を発生する第２周波数帯域とを切り替え可能に前記超音波振動子を駆動制御する制御部と、を有する。
【０００８】
この構成により、被処理液（廃棄アルコール類）に含まれるアルコール以外（被処理液が水道水であれば純水以外）の成分（固形分、糖分、不純物など）が超音波振動子あるいはその周辺に付着や堆積しても、簡単に超音波振動子あるいはその周辺を洗浄して、固形物を被処理液に溶かす（あるいは分散させる）ことができるため、超音波振動子の性能を低下させることなく、長時間の連続運転が可能となる。そして超音波振動子を取り外して洗浄するという手間も抑制でき、定期的な清掃作業が不要となる。「被処理液」として、例えばバイオエタノール、日本酒、ワイン、焼酎等のアルコール発酵液が例示され、それらの廃棄用も含まれる。
【０００９】
上記制御部は、所定期間（例えば６時間、１２時間）、第１周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動して被処理液を霧化処理し、次に例えば１分〜１０分間、第２周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動して超音波振動子を洗浄処理する。洗浄処理時間は、長時間の霧化処理時間に対し１回当たり２分から５分程度でもよい。洗浄処理時間は短時間でよいため、霧化処理運転へ実質的に影響がない。なお、被処理液に応じて、霧化処理運転は１回（６時間または１２時間）に制限されず、１２時間以上連続に行ってもよく、洗浄処理運転も霧化処理運転の合間に数分間行うものでもよく、霧化処理の連続運転の後に定期的行ってもよい。
【００１０】
また、制御部は、超音波霧化装置を間欠運転する場合に、霧化処理運転の前に洗浄処理運転をするように超音波振動子を駆動する。また、制御部は、上記間欠運転において停止期間中に洗浄処理運転をするように超音波振動子を駆動する。
【００１１】
また、上記発明の実施形態として、前記制御部は、前記被処理液に含まれる物質を凝集させるための振動数を発生する第３周波数帯域と、前記第１周波数帯域と、前記第２周波数帯域とを切り替え可能に前記超音波振動子をさらに制御する。
【００１２】
この構成によれば、制御部は、第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動し、被処理液中のアルコール成分以外の成分（不純物、固形分、糖分など）を凝集させることができる。予め凝集させることで、被処理液中のアルコール成分以外（純水以外）の成分濃度を低下させ、超音波振動子への付着・堆積を抑制させることができる。あるいは、霧化後、超音波振動子に付着したアルコール成分以外の成分を除去し濃縮した液を第３周波数帯域の周波数で凝集することで、これら成分を効率良く分離・排出することができる。
【００１３】
上記制御部は、所定期間（例えば６時間、１２時間）、第１周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動して被処理液を霧化処理し、次に例えば１分〜１０分間、第２周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動して超音波振動子を洗浄処理し、次に例えば１分〜１０分間、第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動して凝集処理する。凝集処理は、被処理液中の溶化物および／または分散物を凝集させる処理である。凝集処理時間は、１分〜１０分程度でもよく、２分から５分程度でもよい。第３周波数帯域（凝集の周波数）は、第２周波数帯域（洗浄の周波数）より大きく、第１周波数帯域（霧化の周波数）より小さいことが好ましい。
【００１４】
上記のように霧化処理、洗浄処理、凝集処理の順番に３段階の処理サイクルを繰り返し運転してもよい。また霧化処理、洗浄処理を２段階の処理サイクルを複数回繰り返し、その処理サイクルの合間に凝集処理の運転を行ってもよい。また、凝集処理の後に、凝集した固形物を排除する排除処理を行うことが好ましい。排除処理は、処理容器内の固形物を、被処理液を排出するとともに排出するようにしてもよい。処理容器に被処理液を排出するための配管が開閉弁を介して設けられており、開閉弁を開放させることで、被処理液および凝集した固形物が配管を通じで処理容器外に排出される構成が例示される。
【００１５】
また、洗浄処理、霧化処理、凝集処理の順番に３段階の処理サイクルを繰り返し運転してもよい。また霧化処理、凝集処理の順番に２段階の処理サイクルを複数回繰り返してもよい。また、定期的に、凝集処理の後に、凝集した固形物を排除する排除処理を行うことが好ましい。
【００１６】
また、上記発明の実施形態として、前記第１周波数帯域は１．５ＭＨｚ〜２．４ＭＨｚであり、前記第２周波数帯域は２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。また、上記発明の実施形態として、前記第３周波数帯域は５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚである。
【００１７】
被処理液に応じて（例えば種類、性状、複数物の混合状態）、上記第１周波数帯域の１．５ＭＨｚ〜２．４ＭＨｚを任意の周波数、例えば、１．６ＭＨｚ、２．４ＭＨｚに設定し、霧化処理する。また、第２周波数帯域の２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚを任意の周波数、例えば２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚに設定し、洗浄処理する。また、第３周波数帯域の５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚを任意の周波数、例えば２００ｋＨｚ、５００ｋＨｚに設定し、凝集処理する。
【００１８】
また、上記発明の実施形態として、前記被処理液が廃棄アルコール類である。廃棄アルコール類は、例えば、廃棄日本酒、廃棄ワイン、廃棄焼酎などの廃棄される酒類が挙げられる。アルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられ、これらアルコールに不純物が含まれるものも被処理液として用いることができる。廃棄酒の不純物として、例えば、糖類が挙げられる。
【００１９】
また、上記発明の実施形態として、前記被処理液が水道水である。水道水中の純水以外の不純物は、霧化処理を長時間すると超音波振動子に付着したり堆積したりするが、洗浄処理をすることで不純物の固形物をふたたび被処理液中に溶かす（あるいは分散させる）ことができる。
【００２０】
また、他の本発明の超音波霧化方法は、
超音波処理される被処理液を処理容器に供給する供給工程と、
霧化運転期間において、前記処理容器内の被処理液に対し第１周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動させて霧化を行う霧化工程と、
洗浄運転期間において、前記被処理液に対し第２周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように前記超音波振動子を駆動させて超音波振動子の洗浄を行う洗浄工程とを含む。
【００２１】
この構成により、被処理液（廃棄アルコール類）に含まれるアルコール以外（被処理液が水道水であれば純水以外）の成分（固形分、糖分、不純物など）が超音波振動子あるいはその周辺に付着や堆積しても、簡単に超音波振動子あるいはその周辺を洗浄して、固形物を被処理液に溶かす（あるいは分散させる）ことができるため、超音波振動子の性能を低下させることなく、長時間の連続運転が可能となる。そして超音波振動子を取り外して洗浄するという手間も抑制できる。
【００２２】
また、上記発明の実施形態として、前記被処理液に含まれる物質を凝集させるための第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように前記超音波振動子を駆動させて物質を凝集させる凝集工程と、前記凝集工程で凝集された凝集物を排出する排出工程と、をさらに含む。
【００２３】
この構成によれば、第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動し、被処理液中のアルコール成分以外（純水以外）の成分（不純物、固形分、糖分など）を凝集させることができる。そして凝集した固形物を装置外（処理容器外）に排除することで、被処理液中のアルコール成分以外（純水以外）の成分濃度を低下させ、超音波振動子への付着・堆積を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る超音波霧化装置である。
【図２】超音波霧化装置の第１の運転フローを示す図である。
【図３Ａ】超音波霧化装置の第２の運転フローを示す図である。
【図３Ｂ】超音波霧化装置の第３の運転フローを示す図である。
【図４】実施形態２に係る超音波霧化装置である。
【図５】実施形態２に係る超音波霧化装置の仕切り壁の開口部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態１）
本発明に係る実施形態１の超音波霧化装置を図面を参照しながら説明する。図１は、超音波霧化装置の模式図である。なお、本発明は図１又は後述の図４に示す超音波霧化装置の構成に限定されない。以下において被処理液を廃棄日本酒Ｒとして説明する。
【００２６】
超音波霧化装置１は、超音波処理される被処理液（廃棄日本酒Ｒ）を入れる処理容器１０と、処理容器１０の底部に配置された複数の超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、廃棄日本酒Ｒを霧化させるための振動数を発生する第１周波数帯域と、超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを洗浄するための振動数を発生する第２周波数帯域とを切り替え可能に超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを駆動制御する制御部４０とを有する。超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図示していないが他にも設置してある。別実施形態として、超音波振動子が単一の構成もある。超音波振動子は、特に制限されず、発生する周波数（振動数）を複数段に切り替え可能になっている。
【００２７】
また、処理容器１０には、廃棄日本酒Ｒを供給するための供給管１１が設けられている。この供給管１１は、廃棄日本酒Ｒを蓄えるクッションタンク３０に接続される。クッションタンク３０内の廃棄日本酒Ｒは、ポンプＰで供給管１１を通じて処理容器１０に供給される（供給工程）。霧化処理を行う場合、超音波振動子から液面までの高さを一定（略一定）にする。液面高さを検知するセンサ１３で液面高さを検知し、検知情報を制御部４０へ送り、制御部４０が液面高さを一定に維持するようにポンプＰを駆動制御している。また、霧化処理で廃棄日本酒Ｒは減少していくため、その減少分が補充される。なお、このクッションタンク３０には廃棄日本酒Ｒが上流の廃棄タンクから供給される。
【００２８】
また、処理容器１０には、廃棄日本酒Ｒの供給量が多くなると、オーバー分をクッションタンク３０へ返すためのオーバーフロー配管１２が設けられている。オーバーフロー配管１２は、所定の液面位置に合わせて設置されていてもよい。なお、検知センサ１３を設置せずに、オーバーフロー配管１２を用いて被処理液を循環させていてもよい。
【００２９】
また、処理容器１０の廃棄日本酒Ｒの液面より上方に、超音波振動子ごとに対応して整流筒１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設置されている。この整流筒によって、下方の霧（霧化処理で生じた霧）を導入して上方に流し、霧の流れを整える（乱流を抑制する）。この整流筒の内部に一定気流を生じさせるためファンが設置されていてもよい。なお、この整流筒は必須構成ではないが、容器内空間が大きいほど整流筒を設置したほうが、外部に排出される霧中のアルコール濃度のばらつきを低減できるための好ましい。
【００３０】
また、処理容器１０の図１において右側上方にキャリアガスを供給するためのキャリア供給管１６が設置されており、この供給管１６はキャリアガス供給源と接続されている。キャリアガスは、例えば、空気、不活性ガス、高濃度酸素ガスである。処理容器１０の図１において左側上方には、霧化処理で生じた霧とキャリアガスとを処理容器１０外に排出する霧排出管１７が設けられている。霧排出管１７は、例えば、燃焼装置（ガスバーナー）へ接続されて、霧化処理で生じた霧が燃料として利用される。
【００３１】
また、処理容器１０の底部には、容器内の廃棄日本酒Ｒを排出するための排出部５０が設置され、開閉弁を開放させて廃棄日本酒Ｒを容器外に排出させることができる。制御部４０は、この開閉弁に指令を出し、弁を自動で開・閉制御することができる。なお、開放弁は手動式であってもよい。
【００３２】
制御部４０は、専用ハードウエアで構成されていてもよく、情報処理装置とソフトウエアプログラムの協働作用で構成されていてもよい。
【００３３】
次に制御部４０による超音波振動子の制御フローについて図２、３を参照しながら説明する。まず、制御部４０は、霧化運転期間（例えば、８時から１７時の期間）において、処理容器１０内の廃棄日本酒Ｒに対し第１周波数（例えば、１．６ＭＨｚ）の振動数が発生するように超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを駆動させて霧化を行う（Ｓ１：霧化工程）。霧化処理中に、各超音波振動子に固形物が付着あるいは堆積する。次いで、洗浄運転期間（１８時から５分間）において、廃棄日本酒Ｒに対し第２周波数（例えば、４０ｋＨｚ）の振動数が発生するように超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを駆動させて超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの洗浄を行う（Ｓ２：洗浄工程）。この洗浄によって、各超音波振動子に付着したり堆積したりしていた固形物が廃棄日本酒Ｒ中に溶解あるいは分散する。
【００３４】
図３Ａの処理フローには凝集処理と排出処理がさらに付加されている。霧化処理と洗浄処理は図２と同じであるため省略する。制御部４０は、ステップＳ１２の洗浄処理の後、廃棄日本酒Ｒに溶解（分散）した固形分、糖分などを、所定期間（例えば、５〜１０分程度）、第３周波数（例えば、５００ｋＨｚ）の振動数を発生させるように超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを駆動させて上記固形分、糖分などを凝集させる（Ｓ１３：凝集工程）。これによって、廃棄日本酒Ｒ中に凝集物（固形物）が形成される。次いで、凝集工程で凝集された凝集物を、廃棄日本酒Ｒとともに排出部５０から排出する（Ｓ１４：排出工程）。これによって、凝集物を処理容器１０から完全に排出させることができる。
【００３５】
上記実施形態１の図２の運転フローでは、霧化工程の霧化処理時間を８時から１７時の期間として、次いで、洗浄工程を行ったが、これに制限されず、例えば、次の霧化処理タイミングの前に洗浄工程を行ってもよい。
【００３６】
上記実施形態１の図３Ａの運転フローでは、霧化工程、洗浄工程、凝集工程、排出工程を一連の流れとして説明したが、これに制限されず、例えば、霧化工程と洗浄工程とを、複数回繰り返した後で、凝集工程と排出工程とを行ってもよい。また、洗浄工程、霧化工程、凝集工程の順に行ってもよい。
【００３７】
さらなる別実施形態の運転フローを図３Ｂに示す。ここでは、ステップＳ２１の霧化工程とステップＳ２２の凝集工程とステップＳ２３の排出工程が行われ、洗浄工程が省略されている例である。すなわち、超音波処理方法は、超音波処理される被処理液を処理容器に供給する供給工程と、霧化運転期間において、前記処理容器内の被処理液に対し第１周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように超音波振動子を駆動させて霧化を行う霧化工程と、前記被処理液に含まれる物質を凝集させるための第３周波数帯域の周波数の振動数を発生させるように前記超音波振動子を駆動させて物質を凝集させる凝集工程と、前記凝集工程で凝集された凝集物を排出する排出工程とを含む構成である。洗浄工程の替わりに凝集工程を定期的に行って被処理液中の固形分、糖分を凝集させておいて、超音波振動子への固形分などの付着を減少させることができる。
【００３８】
霧化運転から洗浄運転への切り替えとして、上記のような定期的な間欠運転（タイマー制御による運転切り替え、手動切り替え運転）のほかに、発生した霧中のアルコール濃度の低下（低下率）によって、霧化運転から洗浄運転へ自動的に切り替えることができる。かかる場合、例えば、アルコール濃度測定器を処理容器１０内（整流筒１４ａ内、霧排出管１７内部またはその入口周辺など）に設置しておき、霧化運転中の霧のアルコール濃度値を測定し、制御部４０へ送る。制御部４０は、アルコール濃度測定器から送られてきたアルコール濃度値が閾値以下になったとき（或いは、アルコール濃度値の低下ライン傾きが所定値以下になったとき）、超音波振動子の性能が低下したと判断し、洗浄運転に切り替え制御する。
【００３９】
（実施形態２）
図４に示す実施形態２の超音波霧化装置１は、実施形態１のそれと同一の構成を有し、さらに仕切り壁を有する構成である。この仕切り壁について説明する。
【００４０】
処理容器１０の底部に複数の超音波振動子２０ａ、２０ｂ、２０ｃが所定間隔で複数個設置されている。隣り合う超音波振動子間に仕切り壁１８ａ、１８ｂ、１８ｃが底部から液面より上方にまで伸びて設けてある。この仕切り壁は、複数の超音波振動子を含むブロック単位に設けてあってもよい。
【００４１】
図５に示す各仕切り壁１８ａには、上下に移動可能な開口部１９ａが形成されている。図５（ａ）に示すように、開口部１９ａが液面に位置しているとき、この開口部１９ａを通じて被処理液が左右に移動可能である。一方、被処理液を排出部５０から排出させたいときに、図５（ｂ）に示すように、開口部１９ａを容器底面に位置させて、被処理液を移動可能にする。なお、仕切り壁で囲まれた中で同様の排出部を底部にそれぞれ形成してもよい。
【００４２】
制御部４０は、この仕切り壁１８ａ、１８ｂ、１８ｃで区切られた超音波振動子単位に、処理内容を異なるように制御できる。例えば、制御部４０は、超音波振動子２０ａ、２０ｂを霧化処理している間に、超音波振動子２０ｃを洗浄処理するように制御する。また、別実施例として、制御部４０は、超音波振動子２０ａ、２０ｂを霧化処理している間に、超音波振動子２０ｃを凝集処理するように制御する。また、制御部４０は、上記実施形態１で説明した図２、３Ａ，３Ｂの運転フローを、仕切り壁で区切られた超音波振動子単位に実行できるように各超音波振動子を制御できる。
【００４３】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、被処理液として廃棄日本酒を例にして説明したが、本発明は、被処理液として水道水を用い、超音波霧化装置を加湿装置に適用できる。水道水中の純水は超音波振動子で霧化されるが、不純物（例えばカルキ等）は超音波振動子に付着あるいは堆積する。本発明では、洗浄処理することで、超音波振動子に付着等したカルキを水道水中に溶解（または分散）させることができる。また、水道水中のカルキなどを予め凝集させておき、超音波振動子への付着量を抑制したり、凝集物として簡単に排除したりできる。
【符号の説明】
【００４４】
１      超音波霧化装置
１０    処理容器
２０ａ、２０ｂ，２０ｃ  超音波振動子
４０    制御部
【図１】
2013139000.tif 000003
【図２】
2013139000.tif 000004
【図３Ａ】
2013139000.tif 000005
【図３Ｂ】
2013139000.tif 000006
【図４】
2013139000.tif 000007
【図５】
2013139000.tif 000008