(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波霧化室(4)で溶液を超音波振動させて搬送気体中にミストに霧化して、霧化されたミストを含む搬送気体を回収部(5)に移送し、回収部(5)において、溶液からミストになって霧化されたミスト成分を搬送気体から分離して回収する方法であって、
回収部(5)において、ミスト成分を含む搬送気体を吸着剤(15)に接触させて、ミスト成分を吸着剤(15)に吸着させる吸着工程と、吸着工程で吸着剤(15)に吸着されたミスト成分を吸着剤(15)から分離して回収する分離工程とで、搬送気体からミスト成分を分離すると共に、
分離工程の圧力を吸着工程の圧力よりも低くして、搬送気体からミスト成分を分離し、さらに、回収部(5)において、搬送気体を冷却器(12)で冷却してミスト成分を分離した後、搬送気体を吸着剤(15)に接触させて、ミスト成分を吸着剤(15)に吸着させる溶液の超音波分離方法。
【請求項２】
分離工程において、吸着剤(15)を密閉室(16)に配置し、この密閉室(16)の搬送気体を真空ポンプ(17)で排気して密閉室(16)を大気圧よりも低い圧力に減圧して、吸着剤(15)からミスト成分を分離する請求項１に記載される溶液の超音波分離方法。
【請求項３】
吸着工程において、吸着剤(15)を大気圧の密閉室(16)に配設して、搬送気体のミスト成分を吸着剤(15)に吸着させる請求項２に記載される溶液の超音波分離方法。
【請求項４】
吸着工程において、吸着剤(15)を大気圧よりも高圧に加圧された密閉室(16)に配設して、搬送気体のミスト成分を吸着剤(15)に吸着させる請求項１又は２に記載される溶液の超音波分離方法。
【請求項５】
吸着工程における吸着剤(15)の温度を、分離工程における吸着剤(15)の温度よりも低くしている請求項１に記載される溶液の超音波分離方法。
【請求項６】
溶液が供給される超音波霧化室(4)と、この超音波霧化室(4)の溶液を超音波振動で搬送気体中にミストに霧化して飛散させる超音波振動子(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、超音波振動子(2)で霧化されて搬送気体で移送されるミスト成分を吸着剤(15)に吸着させて搬送気体から分離する回収部(5)とを備え、
回収部(5)が、搬送気体を吸着剤(15)に接触させて搬送気体に含まれるミスト成分を吸着剤(15)に吸着させ、吸着したミスト成分を吸着剤(15)から分離して、搬送気体からミスト成分を分離する吸着回収部(9)を備え、
この吸着回収部(9)は、搬送気体を吸着剤(15)に接触させてミスト成分を吸着させる圧力よりも、吸着剤(15)からミスト成分を分離する圧力を低くして、搬送気体からミスト成分を分離すると共に、前記回収部(5)が、搬送気体を冷却してミスト成分を回収する前段回収部(8)を備え、この前段回収部(8)でミスト成分の分離された搬送気体を吸着回収部(9)に供給するようにしてなる溶液の超音波分離装置。
【請求項７】
吸着回収部(9)が、密閉室(16)に吸着剤(15)を充填しており、さらにこの密閉室(16)には真空ポンプ(17)を連結しており、真空ポンプ(17)が密閉室(16)から排気して、吸着剤(15)からミスト成分を分離する請求項６に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項８】
密閉室(16)が、開閉弁(18)を介して超音波霧化室(4)に連結され、開閉弁(18)を開いて超音波霧化室(4)からミスト成分を含む搬送気体を密閉室(16)に供給して、ミスト成分を吸着剤(15)に吸着させ、開閉弁(18)を開いて密閉室(16)を減圧して、吸着剤(15)からミスト成分を分離する請求項７に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項９】
一対の密閉室(16)に吸着剤(15)を充填しており、一対の密閉室(16)は開閉弁(18)を介して超音波霧化室(4)に連結しており、一方の開閉弁(18)を開いて密閉室(16)にミスト成分を含む搬送気体を供給し、他方の開閉弁(18)を閉じて密閉室(16)から排気して吸着剤(15)からミスト成分を分離し、開閉弁(18)を交互に開閉して搬送気体からミスト成分を分離する請求項８に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１０】
吸着回収部(9)が温度制御部(22)を備え、温度制御部(22)は、搬送気体のミスト成分を吸着する吸着剤(15)の温度を、ミスト成分を分離する吸着剤(15)の温度よりも低く制御する請求項６に記載される溶液の超音波分離装置。
【請求項１１】
吸着剤(15)がゼオライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物であることを特徴とする請求項６に記載される溶液の超音波分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種以上の物質を含む混合物から目的物質の濃度の高い高濃度な溶液を分離し、あるいは溶液に含まれる目的物質を分離する方法と装置に関し、とくに、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し、あるいは石油から目的物質の濃度の高い溶液を分離するのに最適な方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、アルコールから高濃度な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する。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】
アルコールは水よりも溶液の表面に移行しやすく、表面の溶液はアルコール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、高濃度なアルコール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りやすいからである。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、少ないエネルギー消費で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】
図１は、溶液を超音波振動させてミストとし、これを回収部で凝集させて回収する装置のブロック図である。この図の超音波分離装置は、超音波霧化室１０４で発生するミストを回収部１０５で凝集させて回収する。この装置を使用して高濃度のアルコールを分離する場合、ミストのアルコール濃度は変化する。ミストのアルコール濃度は、超音波霧化室１０４で発生した直後に高く、その後次第に低下して回収部１０５に移送される。超音波霧化室１０４から回収部１０５に移送される途中で、ミストに含まれるアルコールが気化して蒸気となるからである。ミストからはアルコールと水の両方が気化して蒸気となる。ただ、アルコールは水よりも蒸気になりやすい。このため、ミストが気化されると、水よりもアルコールがより多く気化されて、ミストのアルコール濃度は低下する。したがって、超音波霧化室１０４で発生したミストは、次第にアルコール濃度が低下しながら回収部１０５に移送される。
【０００６】
移送されるミストのアルコールは気化されて蒸気となるので、回収部１０５に供給されるアルコールは  微細な液滴であるミストの状態と、気化された蒸気の状態となる。ミストの状態で供給されるアルコールは、回収部１０５で凝集して回収され、蒸気のアルコールは、搬送気体を冷却し、結露させて回収される。アルコール蒸気は、結露させて回収できるが、結露させて回収できるアルコール量は制限される。冷却された搬送気体が多少のアルコールと水を気体の状態で含むことができるからである。図２は空気が水を蒸気の状態で含むことができる飽和水蒸気量曲線である。いいかえると湿度１００％である飽和状態における空気に含まれる水の総量と温度の関係を示すグラフである。この図は空気に含まれる水の量を示しているが、空気は水とアルコールとをトータルで含むことができる量が、この図に示すように温度によって変化し、温度が高くなると増加し、温度が低くなると減少する。
【０００７】
この図から明らかなように、搬送気体として使用される空気は、温度が低くなると含むことができるの水の量が少なくなるので、空気を冷却すると過飽和な水とアルコールが気体から液体となって結露する。ただ、このグラフから明らかなように、空気温度がたとえ０℃となっても、水を蒸気の状態で含むことができるので、全てのアルコールを結露して回収できない。
【０００８】
とくに困ったことに、ミストから気化されて搬送気体に含まれるアルコールと水は、結露して回収すると、アルコールよりも水が結露して回収されやい。すなわち、ミストからは水よりもアルコールが気化しやすく、気化した後は、水がアルコールよりも結露しやすい。このため、搬送気体に含まれるアルコール濃度は、搬送気体を冷却してアルコールと水を回収した後は、さらに高くなる。アルコールが気化しやすく、結露し難いからである。たとえば、超音波霧化室で発生したミストのアルコールのモル濃度が３０モル、回収部に供給されたミストのアルコール濃度が２５モルと低下するが、搬送気体に含まれる蒸気のアルコールのモル濃度は、回収部に供給される状態で５０モル、回収部から排出される状態では７０モルと極めて高くなる。このことから、超音波霧化室で高濃度のアルコールをミストとしながら、これを有効に回収できていないことがわかる。この弊害は、たとえば、搬送気体を冷却する温度を低くして、アルコールと水をさらに効率よく結露させて回収することで解消できる。ただ、搬送気体の温度を低くすると、冷却のために消費するエネルギーが大きくなってランニングコストが高くなる。さらに、超音波霧化室に低温の搬送気体を供給すると、溶液をミストにする効率が著しく低下するので、低温の搬送気体は加温して超音波霧化室に供給する必要がある。このとき、搬送気体の温度が低いほど、加温のために大きなエネルギーを必要とする欠点もある。
【０００９】
したがって、従来の超音波分離装置は、超音波霧化室でアルコール濃度の高いミストを発生させながら、これを効率よく有効に回収するのが難しい欠点があった。
本発明は、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。本発明の第１の重要な目的は、溶液から発生するミストに含まれる目的物質を効率よく回収できる溶液の超音波分離方法と超音波分離装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、ミストに含まれるミスト成分を効率よく吸着剤に吸着させて回収できる溶液の超音波分離方法と装置とを提供することにある。
【００１０】
本発明の溶液の超音波分離方法は、超音波霧化室４で溶液を超音波振動させて搬送気体中にミストに霧化して、霧化されたミストを含む搬送気体を回収部５に移送し、回収部５において、溶液からミストになって霧化されたミスト成分を搬送気体から分離して回収する。超音波分離方法は、回収部５において、ミスト成分を含む搬送気体を吸着剤１５に接触させて、ミスト成分を吸着剤１５に吸着させる吸着工程と、吸着工程で吸着剤１５に吸着されたミスト成分を吸着剤１５から分離して回収する分離工程とで、搬送気体からミスト成分を分離すると共に、分離工程の圧力を吸着工程の圧力よりも低くして、搬送気体からミスト成分を分離する。
【００１１】
本発明の溶液の超音波分離方法は、回収部５において、搬送気体を冷却器１２で冷却してミスト成分を分離した後、搬送気体を吸着剤１５に接触させて、ミスト成分を吸着剤１５で吸着させる。
【００１２】
本発明の溶液の超音波分離方法は、分離工程において、吸着剤１５を密閉室１６に配置し、この密閉室１６の搬送気体を真空ポンプ１７で排気して密閉室１６を大気圧よりも低い圧力に減圧して、吸着剤１５からミスト成分を分離することができる。
【００１３】
さらに、本発明の溶液の超音波分離方法は、吸着工程において、吸着剤１５を大気圧の密閉室１６に配設して、搬送気体のミスト成分を吸着剤１５に吸着させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の溶液の超音波分離方法は、吸着工程において、吸着剤１５を大気圧よりも高圧に加圧された密閉室１６に配設して、搬送気体のミスト成分を吸着剤に吸着させることができる。
【００１５】
本発明の溶液の超音波分離方法は、吸着工程における吸着剤１５の温度を、分離工程における吸着剤１５の温度よりも低くすることができる。
【００１６】
本発明の溶液の超音波分離装置は、溶液が供給される超音波霧化室４と、この超音波霧化室４の溶液を超音波振動で搬送気体中にミストに霧化して飛散させる超音波振動子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、超音波振動子２で霧化されて搬送気体で移送されるミスト成分を吸着剤１５に吸着させて搬送気体から分離する回収部５とを備える。回収部５は、搬送気体を吸着剤１５に接触させて搬送気体に含まれるミスト成分を吸着剤１５に吸着させ、吸着したミスト成分を吸着剤１５から分離して、搬送気体からミスト成分を分離する吸着回収部９を備える。この吸着回収部９は、搬送気体を吸着剤１５に接触させてミスト成分を吸着させる圧力よりも、吸着剤１５からミスト成分を分離する圧力を低くして、搬送気体からミスト成分を分離する。
【００１７】
本発明の溶液の超音波分離装置は、回収部５が、搬送気体を冷却してミスト成分を回収する前段回収部８を備え、この前段回収部８でミスト成分の分離された搬送気体を吸着回収部９に供給する。
【００１８】
本発明の溶液の超音波分離装置は、吸着回収部９が、密閉室１６に吸着剤１５を充填すると共に、この密閉室１６に真空ポンプ１７を連結し、真空ポンプ１７が密閉室１６から排気して、吸着剤１５からミスト成分を分離することができる。
【００１９】
本発明の溶液の超音波分離装置は、密閉室１６を、開閉弁１８を介して超音波霧化室４に連結し、開閉弁１８を開いて超音波霧化室４からミスト成分を含む搬送気体を密閉室１６に供給して、ミスト成分を吸着剤１５に吸着させ、開閉弁１８を開いて密閉室１６を減圧して、吸着剤１５からミスト成分を分離することができる。
【００２０】
本発明の溶液の超音波分離装置は、一対の密閉室１６に吸着剤１５を充填して、一対の密閉室１６を開閉弁１８を介して超音波霧化室４に連結することができる。この超音波分離装置は、一方の開閉弁１８を開いて密閉室１６にミスト成分を含む搬送気体を供給し、他方の開閉弁１８を閉じて密閉室１６から排気して吸着剤１５からミスト成分を分離し、開閉弁１８を交互に開閉して搬送気体からミスト成分を分離することができる。
【００２１】
本発明の溶液の超音波分離装置は、吸着回収部９が温度制御部２２を備えることができる。温度制御部２２は、搬送気体のミスト成分を吸着する吸着剤１５の温度を、ミスト成分を分離する吸着剤１５の温度よりも低く制御することができる。
【００２２】
吸着剤１５は、ゼオライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物とすることができる。
【００２３】
本発明は、溶液から発生するミストに含まれる目的物質を効率よく回収できる特長がある。とくに、本発明は、ミストに含まれるミスト成分を効率よく吸着剤に吸着させて回収できる特長がある。それは、本発明が、超音波霧化室で霧化されたミスト成分を含む搬送気体を回収部で吸着剤に吸着させ、吸着剤に吸着したミスト成分を吸着剤から分離して搬送気体から分離させており、搬送気体を吸着剤に接触させてミスト成分を吸着させる圧力よりも、吸着剤からミスト成分を分離する圧力を低くして搬送気体からミスト成分を分離しているからである。吸着剤は、圧力が高くなるとミスト成分の吸着量が増加し、圧力が低くなるミスト成分の吸着量が減少する傾向がある。したがって、本発明は、吸着剤が有するこの特性を有効に利用して、すなわち、分離工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くすることによって、吸着工程では多量のミスト成分を吸着剤に効率よく吸着させ、分離工程では吸着剤に吸着できるミスト成分の量を少なくして、吸着剤からミスト成分を分離させて効率よく回収できる。
【００２４】
さらに、本発明の請求項５の超音波分離方法と請求項１０の超音波分離装置は、搬送気体に含まれるミスト成分をより効率よく吸着剤に吸着させて回収できる特長がある。それは、この方法と装置が、搬送気体のミスト成分を吸着するときの吸着剤の温度を、ミスト成分を分離するときの吸着剤の温度よりも低くしているからである。吸着剤の吸着量は、同じ圧力の下では、温度が高くなると減少し、温度が低くなると増加する傾向がある。したがって、この特性を利用して、吸着剤の温度を制御することにより、搬送気体に含まれるミスト成分を効率よく分離して回収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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超音波分離方法と超音波分離装置を例示するものであって、本発明は超音波分離方法と装置を以下のものに特定しない。
【００２６】
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。
【００２７】
本発明の溶液の超音波分離装置は、少なくとも２種の物質を含む溶液から高濃度の特定溶液を分離する。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。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)の溶液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)の溶液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
【００２８】
２種以上の物質を含む溶液を超音波振動させて溶液からミストを分離し、分離したミストを凝集して回収すると、ミストから回収された溶液と、ミストにならないで残存する溶液とで、含有物質の濃度が異なる。たとえば、アルコール水溶液を超音波振動でミストに霧化し、霧化されたミストを回収すると、ミストにならないで残存するアルコールよりも高濃度なアルコールとなる。ミストを凝集して回収した溶液のアルコール濃度が高いのは、超音波振動によって、アルコールが水よりもミストに霧化されやすいからである。
【００２９】
ミストから回収された溶液と、ミストにならない溶液とで含有物質の濃度が異なるようになるひとつの理由は、溶液に含まれる物質が表面に移行して表面過剰となる割合が異なるからである。表面過剰となる物性の強い溶液は表面濃度が高くなるので、これを超音波振動させて表面の溶液をミストにして霧化させると、ミストは表面過剰となりやすい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、表面過剰の物性が強い物質の濃度を高くできる。すなわち、溶液から高濃度の物質を含むものを分離できる。
【００３０】
以下、溶液をアルコールとして、アルコールから高濃度なアルコールを分離する装置と方法を示す。ただし、本発明は溶液をアルコールには特定しない。ミストに霧化して分離できる前述した溶液、あるいはその他の溶液の分離に使用できるからである。
【００３１】
図３ないし図６に示す超音波分離装置は、溶液を供給する閉鎖構造の超音波霧化室４、４４、５４、６４と、この超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液を超音波振動させてミストに霧化する、１個または複数の超音波振動子２、４２、５２、６２と超音波電源３、４３、５３、６３を備える超音波霧化機１、４１、５１、６１と、超音波霧化機１、４１、５１、６１で溶液からミストになって霧化されたミスト成分を凝集させて回収する回収部５、４５、５５、６５と、超音波霧化室４、４４、５４、６４で霧化されたミスト成分を搬送気体と共に回収部５、４５、５５、６５へ移送するブロア７、４７、５７、６７とを備える。これらの図に示す装置は、超音波霧化室４、４４、５４、６４で溶液からミストになって霧化されたミスト成分を、ブロア７、４７、５７、６７でもって搬送気体と共に回収部５、４５、５５、６５に移送している。ただ、超音波分離装置は、図示しないが、静電場や超音波を利用してミストを移送する構造とすることもできる。
【００３２】
溶液はポンプ１０、４１０、５１０、６１０で超音波霧化室４、４４、５４、６４に供給される。超音波霧化室４、４４、５４、６４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部５、４５、５５、６５で回収すると、超音波霧化室４、４４、５４、６４に供給する溶液と、回収部５、４５、５５、６５で回収される溶液のアルコール等の目的物質の濃度が同じになるからである。超音波霧化室４、４４、５４、６４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。超音波霧化室４、４４、５４、６４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。
【００３３】
超音波霧化室４、４４、５４、６４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、超音波霧化室４、４４、５４、６４に、ポンプ１０、４１０、５１０、６１０を介して溶液を蓄えている原液槽１１、４１１、５１１、６１１を連結し、原液槽１１、４１１、５１１、６１１から連続的に溶液を供給することもできる。この装置は、超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液を排出しながら、原液槽１１、４１１、５１１、６１１から溶液を供給して、超音波霧化室４、４４、５４、６４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３の矢印Ａで示すように、超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液を原液槽１１、４１１、５１１、６１１に循環することなく外部に排出して、原液槽１１、４１１、５１１、６１１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。
【００３４】
超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液は、超音波霧化機１、４１、５１、６１でミストに霧化される。超音波霧化機１、４１、５１、６１で霧化されたミストは、溶液よりも目的物質の濃度が高い。したがって、超音波霧化機１、４１、５１、６１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。
【００３５】
超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液は、超音波霧化機１、４１、５１、６１で超音波振動されて、超音波霧化室４、４４、５４、６４の溶液よりも高濃度なミストとなって溶液面Ｗから飛散する。溶液を超音波振動させると、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７に示す超音波霧化機１は、溶液を充填している超音波霧化室４の底に、超音波霧化機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。
【００３６】
図の超音波霧化機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、超音波霧化室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。
【００３７】
超音波振動子２や超音波電源３が超音波霧化室４の溶液を加熱すると、溶液の品質が低下する。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、図７に示すように、これ等に冷却パイプ１４を熱結合する状態で配設、すなわち、冷却パイプ１４を接触させる状態で配設して冷却できる。冷却パイプ１４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２と超音波電源３を冷却する。
【００３８】
超音波霧化室４、４４、５４、６４で霧化された溶液のミストは、搬送気体を介して回収部５、４５、５５、６５に流入される。ミストを回収部５、４５、５５、６５に流入させるために、回収部５、４５、５５、６５を移送ダクト６、４６、５６、６６で超音波霧化室４、４４、５４、６４に連結している。図３と図６に示す超音波分離装置は、搬送気体をブロア７、６７で回収部５、６５と超音波霧化室４、６４とに循環させる構造としている。これらの超音波分離装置は、超音波霧化室４、６４から回収部５、６５に移送されて、ミスト成分が分離された搬送気体を超音波霧化室４、６４に環流している。これらの超音波分離装置は、好ましくは搬送気体として不活性ガスを超音波霧化室４、６４と回収部５、６５に充填する。この装置は、不活性ガスによって、超音波霧化室４、６４や回収部５、６５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。ただし、搬送気体には空気も使用できる。また、図４と図５に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４４、５４から回収部４５、５５に移送した搬送気体を再び超音波霧化室４４、５４に環流することなく、大気中に放出している。これらの超音波分離装置は、搬送気体として空気を使用する。
【００３９】
回収部５、４５、５５、６５は、超音波霧化機１、４１、５１、６１で霧化されたミスト成分を搬送気体から分離して回収する。回収部５、４５、５５、６５は、搬送気体を冷却してミスト成分を回収する前段回収部８、４８、５８、６８と、前段回収部８、４８、５８、６８でミスト成分が分離された搬送気体に残存するミスト成分を回収する吸着回収部９、４９、５９、６９とを備える。
【００４０】
前段回収部８、４８、５８、６８は、微細なミストを凝集させて高濃度のアルコール溶液として回収する。図に示す前段回収部８、４８、５８、６８は、閉鎖構造のチャンバーに、ミストを冷却して凝集させる冷却器１２、４１２、５１２、６１２を内蔵している。図の冷却器１２、４１２、５１２、６１２は、熱交換パイプ１３、４１３、５１３、６１３にフィン（図示せず）を固定している熱交換器である。この冷却器１２、４１２、５１２、６１２は、熱交換パイプ１３、４１３、５１３、６１３に冷却用の冷媒や冷却水を循環させて冷却する。ただ、冷却器は、ペルチェ素子等を備える電子冷却器とすることもできる。超音波霧化室４、４４、５４、６４で霧化されたミスト成分は、一部が気化して気体となるが、気体は前段回収部８、４８、５８、６８の冷却器１２、４１２、５１２、６１２で冷却され、結露して凝集されて回収される。前段回収部８、４８、５８、６８に搬送気体と共に流入されるミスト成分は、冷却器１２、４１２、５１２、６１２に衝突し、あるいは互いに衝突して大きく凝集し、または冷却器１２、４１２、５１２、６１２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。ミストと気体を前段回収部８、４８、５８、６８で凝集して回収した搬送気体は、吸着回収部９、４９、５９、６９に移送される。ミストは気体ではないので、必ずしも冷却しないで凝集させて回収できる。ただ、ミストを冷却して速やかに回収できる。
【００４１】
前段回収部は、図示しないが、内部に複数枚の邪魔板を配設することができる。邪魔板は、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、垂直の姿勢で配設される。垂直の邪魔板は、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。邪魔板は、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できる。
【００４２】
また、前段回収部は、図示しないが、搬送気体を強制送風して撹拌するファンを設けることができる。ファンは、回収部の搬送気体を送風して、ミストと蒸気を撹拌する。撹拌されるミストは、互いに衝突して凝集し、あるいは、邪魔板の表面に衝突して凝集される。凝集するミストは、速やかに落下して回収される。
【００４３】
さらに、前段回収部は、図示しないが、ミストを振動させて衝突する確率を高くするミスト振動器を設けることもできる。ミスト振動器は、回収部の搬送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前段回収部で共振させる。このことを実現するために、電気振動−機械振動変換器は、前段回収部で共振する周波数で振動させる。いいかえると、前段回収部を電気振動−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。
【００４４】
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は、前段回収部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。
【００４５】
以上の前段回収部は、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、前段回収部は、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、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。
【００４６】
吸着回収部９、４９、５９、６９は、前段回収部８、４８、５８、６８でミスト成分が分離された搬送気体に残存するミスト成分を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着させて回収する。吸着回収部９、４９、５９、６９は、ミスト成分を含む搬送気体を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に接触させて、ミスト成分を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着させる吸着工程と、吸着工程で吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着されたミスト成分を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離して回収する分離工程とで、搬送気体からミスト成分を分離する。さらに、吸着回収部９、４９、５９、６９は、分離工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くして、搬送気体からミスト成分を分離する。すなわち、吸着回収部９、４９、５９、６９は、搬送気体を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に接触させてミスト成分を吸着させる圧力よりも、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５からミスト成分を分離する圧力を低くして、搬送気体からミスト成分を分離する。
【００４７】
分離工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くするのは、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５の吸着量が圧力によって変化するからである。図８は、吸着剤がミスト成分を吸着する吸着量が圧力と温度で変化する傾向を示すグラフである。吸着剤がミスト成分を吸着する特性は、吸着剤の種類と、目的物質であるミスト成分の種類によって異なるが、一般にこのグラフに示す傾向がある。すなわち、吸着剤の吸着量は、同じ温度の下では、圧力が高くなると増加し、圧力が低くなると減少する傾向がある。また、吸着剤の吸着量は、同じ圧力の下では、温度が高くなると減少し、温度が低くなると増加する傾向がある。本発明の超音波分離方法と装置は、この特性を利用して、搬送気体に含まれるミスト成分を効率よく分離して回収する。すなわち、分離工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くすることによって、吸着工程では多量のミスト成分を吸着剤に吸着させ、分離工程では吸着剤に吸着できるミスト成分の量を少なくして、吸着剤からミスト成分を分離させて回収する。
【００４８】
吸着回収部９、４９、５９、６９は、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５が充填される密閉室１６、４１６、５１６、６１６と、この密閉室１６、４１６、５１６、６１６に流入され、あるいは密閉室１６、４１６、５１６、６１６から排出される搬送気体の通過を制御する開閉弁１８、４１８、５１８、６１８と、密閉室１６、４１６、５１６、６１６に連結されて、密閉室１６、４１６、５１６、６１６から排気する真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７とを備える。
【００４９】
密閉室１６、４１６、５１６、６１６は、閉塞されたチャンバーで、内部に吸着剤１５、４１５、５１５、６１５を充填している。吸着剤１５、４１５、５１５、６１５には、たとえば、ゼオライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物が使用できる。密閉室１６、４１６、５１６、６１６は、移送ダクト６、４６、５６、６６を介して前段回収部８、４８、５８、６８の排出側に連結しており、前段回収部８、４８、５８、６８から流入される搬送気体を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に通過させて搬送気体に含まれるミスト成分を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着させるようにしている。さらに、図３と図６に示す密閉室１６、６１６は、搬送気体の排出側を移送ダクト６、６６を介して超音波霧化室４、６４に連結し、図４の密閉室４１６は、搬送気体の排出側を介して大気中に開放している。密閉室１６、４１６、５１６、６１６の流入側と排出側に連結される移送ダクト６、４６、５６、６６には、開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を設けている。吸着回収部９、４９、５９、６９は、開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を開く状態でミスト成分を含む搬送気体が密閉室１６、４１６、５１６、６１６に供給されて、搬送気体に含まれるミスト成分が吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着される。
【００５０】
さらに、図に示す密閉室１６、４１６、５１６、６１６は、搬送気体の排出側を、吸引ダクト１９、４１９、５１９、６１９を介して真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７に連結している。真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７は、密閉室１６、４１６、５１６、６１６から強制的に排気して密閉室１６、４１６、５１６、６１６を減圧する。吸着剤１５、４１５、５１５、６１５は、減圧されると、吸着できるミスト成分が少なくなるので、吸着できなくなったミスト成分が吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離されて排出される。密閉室１６、４１６、５１６、６１６を吸引する真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７は、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離されたミスト成分を吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離して排気する。真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７で吸引される気体は、冷却器２１、４２１、５２１、６２１で冷却される。密閉室１６、４１６、５１６、６１６と真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７の間には吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を介して冷却器２１、４２１、５２１、６２１を連結している。真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７で吸引されて密閉室１６、４１６、５１６、６１６から排出される気体は、冷却器２１、４２１、５２１、６２１に流入される。冷却器２１、４２１、５２１、６２１は、密閉室１６、４１６、５１６、６１６の吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離されて排出される吸引気体を冷却して、含有するミスト成分を凝結し、あるいは凝集して液体として回収する。
【００５１】
超音波分離装置は、図示しないが、回収気体を冷却する冷却器と、搬送気体を冷却する前段回収部の冷却器とをひとつの冷却用チラーで冷却することもできる。この構造は、ひとつの冷却用チラーでふたつの冷却器を冷却できるので、全体の構造を簡単にできる。
【００５２】
図５に示す超音波分離装置は、ブロア５６を前段回収部５８と吸着回収部５９の間に配設している。この超音波分離装置は、ブロア５６で循環される搬送気体を加圧状態で吸着回収部５９に供給する。ブロア５６は、たとえば、大気圧よりも高圧に加圧された搬送気体を吸着回収部５９に供給することができる。吸着回収部５９に供給する搬送気体を加圧状態とする超音波分離装置は、吸着工程における吸着剤５１５の吸着量を増加できる特長がある。このため、さらに効率よく搬送気体からミスト成分を分離できる。ただ、吸着回収部は、密閉室の吸入側に連結される開閉弁と、密閉室の排出側に連結される開閉弁とを別々に制御して、密閉室に供給される搬送気体の圧力を調整することもできる。さらに、超音波分離装置は、必ずしも供給される搬送気体を大気圧よりも高圧とする必要はなく、大気圧とすることもできる。
【００５３】
さらに、図に示す吸着回収部９、４１９、５１９、６１９は、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａと第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂとからなる一対の密閉室１６、４１６、５１６、６１６を備える。この構造の吸着回収部９、４９、５９、６９は、一対の密閉室１６、４１６、５１６、６１６を吸着工程と分離工程とに切り換えながら一対の密閉室１６、４１６、５１６、６１６で効率よくミスト成分を分離できる特長がある。この構造の吸着回収部９、４９、５９、６９は、以下のようにして、搬送気体からミスト成分を分離する。
【００５４】
(1)  第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を開いて、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８と第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を閉じる。この状態で前段回収部８、４８、５８、６８から供給される搬送気体は、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａ内に流入されて、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａに充填された吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着される。
(2)  所定の時間経過後、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８と第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を閉じて、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を開く。この状態で前段回収部８、４８、５８、６８から供給される搬送気体は、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａに流入されることなく、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂ内に流入されて、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂに充填された吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着される。
(3)  第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を開いて、真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７で第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａから排気する。第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａは減圧されて、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５からミスト成分が分離される。
(4)  第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離されたミスト成分は、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａから排出されて冷却器２１、４２１、５２１、６２１に流入され、冷却器２１、４２１、５２１、６２１で冷却されて凝結し、凝集されて回収される。
(5)  さらに、所定の時間経過後、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を開いて、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの開閉弁１８、４１８、５１８、６１８と第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａの吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を閉じる。この状態で前段回収部８、４８、５８、６８から供給される搬送気体は、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂ内に流入されることなく、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａ内に流入されて、第１密閉室１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａに充填された吸着剤１５、４１５、５１５、６１５に吸着される。
(6)  第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの吸引弁２０、４２０、５２０、６２０を開いて、真空ポンプ１７、４１７、５１７、６１７で第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂから排気する。第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂは減圧されて、吸着剤１５、４１５、５１５、６１５からミスト成分が分離される。
(7)  第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂの吸着剤１５、４１５、５１５、６１５から分離されたミスト成分は、第２密閉室１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂから排出されて冷却器２１、４２１、５２１、６２１に流入され、冷却器２１、４２１、５２１、６２１で冷却されて凝結し、凝集されて回収される。
(8)  (2)〜(7)の工程を繰り返して、すなわち、開閉弁１８、４１８、５１８、６１８を交互に開閉して、一対の密閉室１６、４１６、５１６、６１６で搬送気体からミスト成分を分離する。
【００５５】
さらに、吸着回収部９、４９、５９、６９は、吸着工程における吸着剤の温度を、分離工程における吸着剤の温度よりも低くして、より効率よく搬送気体のミスト成分を回収できる。それは、前述のように、吸着剤の吸着量が温度によっても変化するからである。吸着回収部は、たとえば、吸着工程において、吸着剤を冷却して吸着量を増加できる。
【００５６】
図３ないし図５に示すように、前段回収部８、４８、５８を冷却器１２、４１２、５１２とする回収部５、４５、５５は、搬送気体が冷却器１２、４１２、５１２を通過するときに冷却されるので、前段回収部８、４８、５８を通過して吸着回収部９、４９、５９に流入される搬送気体は冷却器１２、４１２、５１２で冷却される。冷却された搬送気体が供給される密閉室１６、４１６、５１６は、この搬送気体によって吸着剤１５、４１５、５１５が冷却されるので、吸着工程におけるミスト成分の吸着量が増加して、搬送気体に含有されるミスト成分を多量に吸着する。ただ、回収部は、吸着剤を冷却する温度制御部を吸着回収部に設けて、この温度制御部で吸着剤を冷却することもできる。この温度制御部は、たとえば冷却器で、密閉室の内部に配設されて吸着剤を冷却する。冷却器には、たとえば、冷却用熱交換器や電子冷却器が使用できる。
【００５７】
さらに、吸着回収部は、分離工程において吸着剤を加温することもできる。加温される吸着剤は、吸着できるミスト成分の量が減少するので、吸着されたミスト成分を効率よく分離できる。この吸着回収部は、図示しないが、吸着剤を加温する温度制御部を備える。この温度制御部は、たとえば加温器で、密閉室の内部に配設されて、吸着剤を加温する。加温器には、加熱用熱交換器やヒータが使用できる。
【００５８】
さらに、図６の吸着回収部６９は、密閉室６１６に充填された吸着剤６１５の温度を制御するために、温度制御部６２２を備える。この温度制御部６２２は、密閉室６１６に充填された吸着剤６１５を冷却及び加温できる構造としている。この温度制御部６２２を図９に示す。
【００５９】
この図に示す温度制御部６２２は、各密閉室６１６に配設される熱交換器６２３と、一方の密閉室６１６の熱交換器６２３に温水を循環させる加温機構６２４と、他方の密閉室６１６に冷水を循環させる冷却機構６２５と、各密閉室６１６に循環させる温水と冷水とを切り換える制御弁６２７と、加温機構６２４の温水タンク６２８を加熱すると共に、冷却機構６２５の冷水タンク６２９を冷却する冷凍サイクル６２６とを備える。
【００６０】
熱交換器６２３は、密閉室６１６の内部に配設されている。熱交換器６２３は、内部に温水が循環される状態では吸着剤６１５を加温し、内部に冷水が循環される状態では吸着剤６１５を冷却する。加温機構６２４は、温水タンク６２８の内部に冷凍サイクル６２６の放熱器６３１を配設しており、放熱器で加温された温水を循環路に循環させて密閉室６１６を加温する。冷却機構６２５は、冷水タンク６２９の内部に冷凍サイクル６２６の吸熱器６３３を配設しており、吸熱器で冷却され冷水を循環路に循環させて密閉室６１６を冷却する。ただ、加温機構と冷却機構は、水以外の冷媒を循環させることもできる。
【００６１】
冷凍サイクル６２６は、気化された冷媒を加圧するコンプレッサー６３０と、このコンプレッサー６３０で加圧された冷媒を液化させる放熱器６３１と、液化された冷媒の気化熱で強制的に冷却する吸熱器６３３と、放熱器６３１と吸熱器６３３との間に接続している膨張弁６３２とを備える。膨張弁６３２は、加圧・冷却して液化された冷媒を吸熱器６３３の内部で断熱膨張させて、吸熱器６３３を冷媒の気化熱で強制的に冷却する。この冷凍サイクル６２６は、放熱器６３１と吸熱器６３２の温度を設定温度とするように、膨張弁６３２の開度とコンプレッサー６３０の出力を調整する。
【００６２】
以上の構造の温度制御部６２２は、制御弁６２７を切り換えて、一方の密閉室６１６の熱交換器６２３に温水を循環させて加温し、他方の密閉室６１６の熱交換器６２３に冷水を循環させて冷却する。この構造の温度制御部６２２は、ひとつの冷凍サイクル６２６で、一対の密閉室６１６を加温及び冷却できるので、一対の密閉室６１６に充填される吸着剤６１５を効率よく温度制御できる。一対の密閉室６１６を備える吸着回収部６９は、一方の密閉室６１６が吸着工程にある状態では、他方の密閉室６１６が分離工程にある。したがって、この温度制御部６２２は、吸着工程にある密閉室６１６を冷却して吸着剤６１５に効率よくミスト成分を吸着できると共に、分離工程にある密閉室６１６を加温して、吸着剤６１５に吸着されたミスト成分を効率よく分離できる。
【００６３】
さらに、温度制御部６２２が吸着剤６１５を加温する吸着回収部６９は、吸着回収部６９から超音波霧化室６４に循環させる搬送気体を加温できるので、超音波霧化室６４で能率よくミストを発生できる特長がある。超音波霧化室６４において溶液がミストに霧化される程度は、溶液と搬送気体の温度によって変化し、搬送気体と溶液の温度が高くなるとミストの発生量が増加するからである。温度制御部６２２は、搬送気体を２５〜３０℃に加温する。ただし、温度制御部６２２は、搬送気体を１５〜４０℃に加温して超音波霧化室６４に供給することもできる。超音波霧化室６４に供給される搬送気体の温度が高くなるとミストの発生量は多くなるが、温度が高すぎると、アルコール等の目的物質を変質させる。反対に温度が低いと目的物質をミストにする効率が低下する傾向がある。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の溶液の超音波分離方法と装置は、低濃度のアルコールから高濃度のアルコールを分離するように、２種以上の物質を含む混合物から特定の物質の濃度の高い高濃度な溶液を分離し、あるいは溶液に含まれる目的物質を分離するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】溶液が超音波振動されて溶液面に液柱ができる状態を示す概略断面図である。
【図２】空気が含むことができる飽和水蒸気量曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例にかかる超音波分離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超音波分離装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。
【図７】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８】吸着剤の吸着量が圧力と温度で変化する傾向を示すグラフである。
【図９】温度制御部の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、４１、５１、６１…超音波霧化機
２、４２、５２、６２…超音波振動子
３、４３、５３、６３…超音波電源
４、４４、５４、６４…超音波霧化室
５、４５、５５、６５…回収部
６、４６、５６、６６…移送ダクト
７、４７、５７、６７…ブロア
８、４８、５８、６８…前段回収部  
９、４９、５９、６９…吸着回収部
１０、４１０、５１０、６１０…ポンプ
１１、４１１、５１１、６１１…原液槽
１２、４１２、５１２、６１２…冷却器
１３、４１３、５１３、６１３…熱交換パイプ
１４…冷却パイプ
１５、４１５、５１５、６１５…吸着剤
１６、４１６、５１６、６１６…密閉室
１６Ａ、４１６Ａ、５１６Ａ、６１６Ａ…第１密閉室
１６Ｂ、４１６Ｂ、５１６Ｂ、６１６Ｂ…第２密閉室
１７、４１７、５１７、６１７…真空ポンプ
１８、４１８、５１８、６１８…開閉弁
１９、４１９、５１９、６１９…吸引ダクト
２０、４２０、５２０、６２０…吸引弁
２１、４２１、５２１、６２１…冷却器
６２２…温度制御部
６２３…熱交換器
６２４…加温機構
６２５…冷却機構  
６２６…冷凍サイクル
６２７…制御弁
６２８…温水タンク
６２９…冷水タンク
６３０…コンプレッサー
６３１…放熱器
６３２…凝縮弁
６３３…吸熱器
１０４…超音波霧化室
１０５…回収部
Ｗ…溶液面
Ｐ…液柱
【図１】
0005051689.tif 000002
【図２】
0005051689.tif 000003
【図３】
0005051689.tif 000004
【図４】
0005051689.tif 000005
【図５】
0005051689.tif 000006
【図６】
0005051689.tif 000007
【図７】
0005051689.tif 000008
【図８】
0005051689.tif 000009
【図９】
0005051689.tif 000010