JP4691718B2 - 分離装置、及びこれを用いた液体分溜装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体中に浮遊する霧状の液滴、煙などの浮遊物質を凝集させて気体から分離する分離装置、及びこれを用いて被処理液中の成分を分溜する液体分溜装置に関する。

空気中に浮遊する霧状の液滴や煙を凝集させて、気体から分離する分離装置としては、霧状の液滴や煙を含む気体を冷却するもの、金属繊維からなるフィルタ（ワイヤデミスタ）を透過させるもの（例えば、特許文献１参照）、静電捕集方式などを用いた電気集塵によるもの（例えば、特許文献２参照）、旋回気流を用いたサイクロン方式などの手法が知られている。

特開平１０−６６８１８ 特開平１０−３８２号公報（図１）

しかしながら、これらの方法による浮遊物質の捕集効率は、必ずしも十分とは言えず、浮遊物質を適切に回収できなかった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、効率よく浮遊物質を気体から分離することができる分離装置、及びこれを用いて被処理液から含まれている成分を効率よく分溜する液体分溜装置を提供することを目的とする。

その解決手段は、気体中に浮遊する浮遊物質を凝集させて上記気体から分離する分離装置であって、超音波振動を発生する超音波振動子と、上記浮遊物質を含む気体を導入する導入口、上記気体を排出する排出口、及び、上記導入口と排出口との間を結ぶ内部流通空間を画定する側壁部を含む流通路部材であって、上記浮遊物質を含む上記気体全体が、上記流通路部材内を流れる構成とされ、前記超音波振動子により上記側壁部に励起された超音波振動によって、上記側壁部から放射される空中超音波で上記内部流通空間に定在波音場を形成する流通路部材と、を備える分離装置である。

本発明の分離装置では、 浮遊物質を含む上記気体全体が、上記流通路部材内を流れる構成とされ、側壁部の超音波振動により流通路部材の内部流通空間に定在波音場が形成されると、導入口から内部流通空間内に導入された気体に含まれる霧状の液滴や煙等の浮遊物質は、その定在波音場の節部に集まると共に、浮遊物質同士が衝突して一体化し、次第に大きな粒子となる。すると、空中に浮遊していることができず、重力に従って落下し、流通路部材の側壁部に付着したり、別途設けた捕集容器へ落下する。
空中超音波は、気中での進行と共に急激に減衰するが、本発明の分離装置では、側壁部を超音波振動させ、この側壁部から空中超音波を放射させることにより、この側壁部の内側の内部流通空間において、側壁部のすぐ近くの気体中に浮遊する浮遊物質に空中超音波を照射し振動させることができるから、効率よく浮遊物質を凝集させることができる。
かくして、気体と浮遊物質とを効率よく分離することができる。

本発明の分離装置は、気体中から浮遊物質を回収し、有用な液体その他の物質を得たい場合、即ち液体回収装置や物質回収装置として用いるほか、気体中から浮遊物質を除去し、浮遊物質のない気体を得たい場合、即ち、浮遊物質除去装置としても用いることができる。

浮遊物質としては、気体中に浮遊し、互いに衝突することにより一体化して大きくなることができる粒子状の物質が挙げられ、例えば、霧状の水滴、油滴などの液滴や、たばこの煙、排気ガス等に含まれるパーティクルなどが挙げられる。さらに、霧状の液滴としては、この液滴を液体として回収すること、あるいは気体から除去することが望まれる液滴であればいずれのものでも良く、例えば、水、アルコール、水とアルコールの混合液、金属イオン等を含んだ水、有機溶剤、油などの液体の液滴が挙げられる。
また、超音波振動子としては、超音波振動を発生させるもので有ればいずれのものでも良く、圧電素子、磁歪素子などを用いた超音波振動子が挙げられる。特に、強力な超音波振動を生じさせるため、ボルト締め型ランジュバン型超音波振動子を用いると良い。超音波振動子は、超音波振動の振幅を大きくするためのホーンを有するものとすることもできる。

また、流通路部材としては、単一の管状（筒状）部材、互いに離間して配置された複数の管状部材のほか、複数本の管状部材が互いに接して束ねられ、それぞれの管状部材に霧状の液滴が導かれる形態の流通路部材、側壁部によって隔てられ、断面形状が三角、四角あるいは六角などの形状とされた多数の内部流通空間が、互いに隣接して配置されたハニカム形状の形態を有する流通路部材などが挙げられる。
この流通路部材には、使用する気体あるいは浮遊物質、加工の容易性、超音波振動の減衰の生じにくさ等を考慮して材質等を選定すればよいが、例えば、音響インピーダンスの高い、ステンレスなどの金属やアルミナ等のセラミックを用いるのが好ましい。
また、流通路部材の側壁部に超音波振動子を直接接続して、この側壁部を直接超音波振動子で超音波振動させるほか、他の部材を介して間接的に流通路部材の側壁部を超音波振動させても良い。
内部流通空間に形成される定在波音場としては、流通路部材の内部流通空間において、空中超音波の振動の大きな部分（腹部に相当）と小さな部分（節部に相当）とが形成されていれば良く、振動の小さな部分でも超音波振動の振幅が完全に無くなるとは限らない。一般に、振動の小さな部分（節部）に浮遊物質が集まりこの部分で凝集が起こりやすい。
浮遊物質が霧状の液滴である場合には、流通路部材の側壁部などに液滴が付着し液体化した後に、この液体を液流路を通じて回収すれば効率よく回収できる。例えば、側壁部を水平よりも傾けるあるいは鉛直線に平行にして、液体を側壁部に沿って移動させる手法が挙げられる。

さらに、上述の分離装置であって、前記流通路部材は、管状の流通管部材である分離装置とすると良い。

本発明の分離装置では、流通路部材を管状の流通管部材としている。従って、この流通管部材内に浮遊物質が浮遊する気体を導入すれば良く、取り扱いが容易である。
なお、流通管部材の管の形態としては、円管とするのが好ましい。管の中心軸方向に向かって超音波を集中させることができるので、中心軸近傍に強力な定在波音場を形成できる。また、他の形状の管に比して、流通管部材に不要なモードの超音波振動が生じることが少ないからである。

さらに、請求項２に記載の分離装置であって、前記流通管部材は、径方向寸法に対して、管長方向寸法が長い形態を有する分離装置とすると良い。

本発明の分離装置では、流通管部材を長い管の形態としている。このため、流通管部材の側壁部から放射され、減衰しやすい空中超音波の強度も、管の径方向寸法が小さければ減衰はあまり大きくならない。また、管長方向の長い距離に亘って、霧状の液滴などの浮遊物質を管内の定在波音場に通すことができる。このため、より多くの浮遊物質を凝集させて気体と分離させることができる。

さらに、請求項２または請求項３に記載の分離装置であって、前記流通管部材を複数備え、前記超音波振動子により加振され、超音波振動を各々の上記流通管部材に伝える中継部材であって、互いに平行に配置された複数の上記流通管部材に囲まれて、各々の上記流通管部材に接続してなる中継部材を備える分離装置とすると良い。

本発明の分離装置では、中継部材とこれに接続する複数の流通管部材とを備えており、この中継部材が超音波振動子で加振される。このため、超音波振動子で複数の流通管部材を励振し、それぞれの流通管部材で気体と浮遊物質とを分離できすることができるから、効率よく多くの浮遊物質を気体から分離することができる。

さらに上述の分離装置であって、前記流通管部材をｎ本（ｎは２以上の整数）備え、前記中継部材は、軸線回りにｎ回回転対称な形状を有し、その径方向外側のｎ回回転対称の位置で上記流通管部材とそれぞれ接続してなる分離装置とすると良い。

本発明の分離装置では、中継部材がｎ回回転対称な形状を有し、ｎ本の流通管部材がそれぞれｎ回回転対称の位置で中継部材に接続されている。従って、各流通管部材に均等に超音波エネルギーを配分して均等に励振し、均一に超音波振動させることができる。かくして、各流通管部材の特性を容易に揃えることができ、全体として効率よく浮遊物質を分離することができる。

あるいは、請求項１に記載の分離装置であって、前記流通路部材は、前記側壁部によって互いに隔てられ、所定形状の断面を有する多数の前記内部流通空間を含む多数内部流通空間構造を有する多空間流通路部材であり、前記超音波振動子により、上記多数の内部流通空間のうち少なくとも複数に定在波音場を形成する分離装置とすると良い。

本発明の分離装置は、側壁部で仕切られた多数の内部流通空間（単位内部流通空間）を含む多空間状流通部材を有している。しかも、多数の内部流通空間のうち少なくとも複数に定在波音場を形成する。従って、このような複数の内部流通空間で並行して浮遊物質を凝集させることができるから、効率よく浮遊物質を気体から分離できる。

なお、多数内部流通空間構造を有する多空間流通部材としては、例えば、断面三角形、四角形や六角形の単位内部流通空間を含むハニカム構造の流通部材が挙げられる。そのほか、なお、側壁部は、いずれも同じ厚さや形状である必要はなく、例えば、四角形状の単位内部流通空間をなす側壁部のうち、一辺をなす側壁部が他の辺をなす側壁部とは、異なる厚みや形状を持つ側壁部であっても良い。
本発明の分離装置では、超音波振動子に発生させる超音波振動の周波数を、できるだけ多くの単位内部流通空間で定在波音場ができる周波数に選択すると良い。

さらに、上述の分離装置であって、前記超音波振動子は、前記多空間流通路部材の側壁部またはこの側壁部に接して周囲を取り囲む枠体を、直接または間接に加振する分離装置とすると良い。

本発明の分離装置では、超音波振動子で多空間流通路部材の側壁部または枠体を加振するから、側壁部が効率よく加振されて、より強力な定在波音場を形成することができる。

さらに、他の解決手段は、超音波振動により被処理液を霧化して、前記霧状の液滴を放出する超音波霧化手段と、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の分離装置と、を備える液体分溜装置である。

本発明の液体分溜装置では、被処理液を超音波振動により霧化する。一般に、超音波振
動によって、被処理液を霧化すると、例えば水とアルコールの混液など被処理液中に含まれる比較的比重の軽い成分（アルコール）と比較的比重の重い成分（水）のうち、比較的比重の軽い成分が相対的に小さな液滴（ミスト）となって飛散すること、あるいは、液滴として飛散しやすい成分と飛散しにくい成分があること判ってきている。
従って、この液体分溜装置では、超音波霧化手段によって生成した霧状の液滴を、分離装置（液体回収装置）で適宜回収して液体を得れば、分離装置から所望の成分の濃度が被処理液よりも相対的に高くなった液体を得ることができる。あるいは、超音波霧化装置から、当初の被処理液よりも所望の成分の濃度が高くされた（所望成分が濃縮された）被処理液が得られる。

なお、このようにして分溜できる物質としては、成分の比重差などにより、超音波振動による霧化で、液滴（ミスト）中の成分比が被処理液水における成分比と異なる性質を有するもので有れば良い。
例えば、水とエチルアルコールの混液（酒、もろみ、発酵液など）を霧化することで、分離装置からアルコール濃度を高めた水とアルコールの混液を得ることができる。また、有機溶媒を含む廃水を霧化することで、分離装置から有機溶媒の濃度を高めた混液を得ることができる。また、柑橘類などの香り成分を溶かし込んだアルコールを霧化することで、分離装置でアルコールを回収すると共に、超音波霧化装置から香り成分の濃度が濃縮されたアルコールを得ることができる。また、醤油など香り成分やアミノ酸などを含む水溶液を霧化することで、超音波霧化装置と分離装置からは、それぞれ異なる成分が濃縮された水溶液が得られる。あるいは重い金属イオンと軽い金属イオンを含んだ水溶液を霧化することで、超音波霧化装置からは、重い金属イオンが濃縮された水溶液を、分離装置からは、軽い金属イオンが濃縮された水溶液を得ることができる。

なお、上記液体分溜装置において、前記分離装置の前記排出口から排出された気体を、前記超音波霧化装置に戻してなる液体分溜装置とするのが好ましい。
本発明の液体分溜装置では、液体分溜装置全体における気体の流れが閉回路となっていることで、気体に含まれている水蒸気や各成分の蒸気、回収しきれなかったミストなどが外気へ放出されるのを防止でき、より適切に被処理液から所望の成分を分離することができる。

本発明にかかる分離装置及びこれを用いた液体分溜装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。

第１の実施例にかかる液体分溜装置及び分離装置について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施例１にかかる液体分溜装置１００全体の構成を示す説明図である。図２は、本実施例１にかかる分離装置１２０の概略構成を示す説明図である。図３は、本実施例１にかかる分離装置１２０のうち、流通管部材１３０と超音波振動子１４０との関係を示す説明図である。

まず、本実施例１の液体分溜装置１００について説明する。本実施例１の液体分溜装置１００は、例えば、被処理液ＬＱ１を分溜処理して、処理済み被処理液ＬＱ２と、液化回収液ＬＱ３とを得る装置である。例えば、水とエチルアルコールの混液（酒やもろみなど）を被処理液ＬＱ１とした場合、相対的にエチルアルコール濃度が低い処理済み被処理液ＬＱ２と、相対的にエチルアルコール濃度が高い液化回収液ＬＱ３とに分溜する。

液体分溜装置１００は、図１に示すように、主に、超音波霧化装置１０と、分離装置１２０とからなる。超音波霧化装置１０は、被処理液容器１１とこの底部に設置された霧化用超音波振動子１２とこれを駆動する霧化駆動回路１３と被処理液容器１１内のミストＭＩを圧送する圧送ファン１４とを備える。
この超音波霧化装置１０では、被処理液容器１１の被処理液投入口１１ａから投入された被処理液ＬＱ１に、被処理液容器１１の底部に設置された霧化用超音波振動子１２からの超音波振動を加える。すると被処理液ＬＱ１は超音波が照射された部分が噴水状に盛り上がりその先端部が超音波によって細分化されて霧状の液滴であるミストＭＩが形成される。圧送ファン１４で生じさせた気流により、このミストＭＩを、空気と共にミスト排出口１１ｂから排出する。なお、被処理液容器１１には、処理済み被処理液ＬＱ２を排出する液排出口１１ｃも備えている。

ミストＭＩは、次述する分離装置１２０に送られ、ここで液化されて液化回収液ＬＱ３として回収される。
ただし、必要に応じて、図１に破線で示すように、分離装置１２０の前に、前処理装置ＷＤを配置する場合がある。例えば、水とエチルアルコールの混液を分溜する場合において、超音波霧化装置１０でミストＭＩを発生させた場合、一般的に、比重の軽いエチルアルコールは、相対的に粒子径の小さな（例えば、φ０．３μｍ程度の）ミストとなり易い。一方、比重の重い水は粒子径の大きな（例えば、φ３μｍ程度の）ミストあるいは液滴になりやすい。そこで、前処理装置ＷＤにおいて、大きな粒子径のミストや液滴を除去するのが好ましい。例えば前処理装置ＷＤとして、具体的には、入口と出口との間に大きな空間を設け、気中での大きな粒子の沈降を利用して軽い（径の小さな）粒子を選別する粒子選別室や、金属メッシュや多数の金属繊維内を通すワイヤデミスタなどを設けることができる。これらによって除去回収された液体は、廃棄するあるいは被処理液容器１１に戻せば良い。また、必要に応じて、分離装置１２０に送られる前に、前処理装置ＷＤとして、上述の大きなミストを除去する装置を用いることなく、あるいはこれらと共に、空気及びミストＭＩを冷却し、分離装置１２０における凝集を助けるための冷却器を設けることもできる。

分離装置１２０は、気体（本実施例１では空気）中に浮遊するミストＭＩを捕集し液体化して、ミストＭＩと気体（空気）とを分離する。本実施例１の分離装置１２０は、図２、図３に示すように、管状の流通管部材１３０とこれを超音波振動させる超音波振動子１４０を備える。
このうち、ステンレス材からなる流通管部材１３０は、軸線１３１ＡＸを有する直棒円管形状の管部１３１と、この管部１３１の管軸線１３１ＡＸ方向のほぼ中央において、管軸線１３１ＡＸに平行に、管部１３１から径方向外側に突出して設けられた連結突出部１３５と、を備える。連結突出部１３５は、板状で平面視台形状の部材からなり、管結合部１３５ａにおいて、管部１３１の表面に溶接されている。管部１３１（側壁部）は、ミストＭＩを含む空気を導入する導入口１３１Ｎ、空気を排出する排出口１３１Ｔを有し、導入口１３１Ｎと排出口１３１Ｔとの間を結ぶ管内空間１３１Ｉ（内部流通空間）を画定する。

一方、超音波振動子１４０は、本体部１４１と、この本体部１４１で発生させた超音波振動の振幅を大きくするホーン１５１とを備えている。本体部１４１は、公知のボルト締めランジュバン型超音波振動子からなる。具体的には、複数枚（本例では２枚）の円環状の圧電素子１４２とこれを挟む電極板１４３とを、これらの内側に挿通された図示しないボルト及びナット１４６により、ステンレスなどの金属材からなる前面板１４４及び裏打ち板１４６で挟持してなる。この本体部１４１は、駆動回路ＰＷにより適宜の周波数で駆動することにより、その軸線１４０ＡＸ方向の超音波振動を生じさせることができる。ホーン１５１は、径大部１５２，径小部１５３，及びテーパ部１５４を備える。このうち、前面板１４４に締結された径大部１５２と、これより径小の径小部１５３とでステップ型のホーンを構成する。さらに、これらの先端側（図３中、左側）には、基端側（図３中、右側）が径小部１５３よりも径大で、先端側ほど径小になるテーパ形状のテーパ部１５４（コニカルホーン）を備える。これにより、本体部１４１で発生させた超音波振動の振幅を数倍から数十倍程度増幅している。

この超音波振動子１４０は、その振動面１４０Ｓ、具体的には、ホーン１５１のテーパ部１５４の先端面１５４Ｓにおいて、連結突出部１３５の振動子連結部１３５ｂに、図示しない貫通孔を通じて、接続ボルト１５５で締結されている。従って、この超音波振動子１４０の軸線１４０ＡＸと、連結突出部１３５の平面方向とは直交し、また、管部１３１の管軸線１３１ＡＸとも直交している。なお、ホーン１５１の先端面１５４Ｓと振動子連結部１３５ｂとの間に、超音波振動の波長λの半整数倍（λ／２，２λ／２，３λ／２…）の長さのダミーホーンを介在させても良い。
図３において矢印で示すように、超音波振動子１４０で連結突出部１３５が適切な周波数で加振されると、この超音波振動が管部１３１に伝わり、管部１３１において、例えば、一点鎖線及び破線で示すように、周方向に屈曲するような管定在波振動ＢＵを生じる。すると、この管部１３１に生じた管定在波振動ＢＵにより、管軸線１３１ＡＸに向けて進行する空中超音波ＡＵが放射され、管内空間１３１Ｉには、この空中超音波ＡＵによる定在波音場ＳＳが形成される。
特に、本実施例１では、流通管部材１３０の管部１３１は、円管であるので、管軸線１３１ＡＸに向かって空中超音波ＡＵを集中させることができるから、管軸線１３１ＡＸ近傍に強力な定在波音場を形成できる。

この定在波音場ＳＳは、管内空間１３１Ｉ内に、空中超音波ＡＵの振幅の大きな場所（腹部）と、相対的に振幅の小さな場所（節部）とを含んでいる。そこで、図２に示すように、流通管部材１３０の管部１３１内に、導入口１３１ＮからミストＭＩを含む空気をミスト通路１２１のミストノズル１２２を用いて吹き込むと、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳにより振動させられ、超音波浮遊の原理に従って節部に集められると共に、ミストＭＩ同士が衝突して互いに一体化し、ミストＭＩの粒子径が大きくなる。すると、重力に逆らって空中を浮遊することができなくなり、落下して管部１３１の内周面１３１Ｓに付着することとなる。かくして、管部１３１の管軸線１３１ＡＸを水平より傾けておけば、導入口１３１Ｎまたは排出口１３１Ｔから、回収容器１２４にミストＭＩを液化して得た液化回収液ＬＱ３を溜めることができる。

本実施例１の分離装置１２０では、直管状で、直径Ｄに比して管軸線１３１ＡＸ方向の長さＬが長い管部１３１を有する流通管部材１３０を使用した。一般に、空気中では、管部１３１から放射される空中超音波ＡＵはその進行と共に急激に減衰する。しかし、本実施例１では、長さＬに比して細径（直径Ｄ）の管部１３１を用いているので、減衰は少なく、管部１３１の内周面１３１Ｓのすぐ近くを通るミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、ミストＭＩが大きく振動させられる。このため、ミストＭＩを効率よく凝集させ、液化して回収することができる。
しかも、管部１３１においては、直径Ｄに比して長さＬが大きいから、管軸線１３１ＡＸ方向の長い距離に亘って、繰り返しミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、さらに確実にミストＭＩを回収することができる。

かくして、この分離装置１２０においては、流通管部材１３０の管内空間１３１Ｉに導入されたミストＭＩを含んだ空気（気体）から、効率よくミストＭＩを回収し、空気とミストＭＩとを分離し、ミストＭＩから液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

ミストＭＩが分離された空気は、排出口１３１Ｔから排出される。この排出された空気は、外気（外界）へ放出することもできるが、図１に示す本実施例１の液体分溜装置１００では、図示しない通路を通じて、再び圧送ファン１４によって、超音波霧化装置１０の被処理液容器１１に戻す閉回路が構成されている。このような循環タイプの液体分溜装置１００とすることで、例えば、空気中にミストではなく蒸気（気体）として含まれているアルコール、あるいは回収し切れなかったミストＭＩを、外気に放出することなく超音波霧化装置１０に戻すことができ、放出によるロスを減少させることができる。

なお、図１に破線で示すように、必要に応じて、分離装置１２０の後に後処理装置ＨＴを配置することもできる。例えば、前述のように冷却器を用いたためなどにより、超音波霧化装置１０に戻される空気の気温が低くなりすぎている場合には、事前に空気を加熱するヒータを設けることができる。また、ヒータに代えて、駆動回路ＰＷや超音波霧化装置１０の霧化駆動回路１３、前処理装置ＷＤで用いた冷却器等から生じる廃熱を用いて、空気を加熱することもできる。

このように本実施例１の液体分溜装置１００では、超音波霧化装置１０のほか、流通管部材１３０の超音波振動子１４０で超音波振動させてミストＭＩを液化する分離装置１２０を用いた。このため、超音波霧化装置１０で、被処理液ＬＱ１からミストＭＩを生成する場合にも加熱等の熱によらず超音波により霧化することができる。また、分離装置１２０でも、加熱や冷却によらず、超音波によりミストＭＩを凝集させ液化した。従って、加熱や冷却によるエネルギーの消費が抑制され、効率よく被処理液を分溜することができる。さらに、処理済み被処理液ＬＱ２のみならず、液化回収液ＬＱ３にも熱的変化が生じにくいため、風味や香りを構成する成分など熱変化により破壊や変質が生じやすい成分を含む被処理液ＬＱ１を分溜する場合にも、成分の変質を防ぐことができる。

なお、本実施例１では、分離装置１２０において、ミストＭＩを凝集させて、液化回収液ＬＱ３を得た例を示した。しかし、分離装置１２０は、本実施例１のミストＭＩ（液滴）のみならず、煙草などの煙微粒子や、自動車排気ガス中のパーティクルなど、互いに衝突させることで凝集させて大きな粒子にできる浮遊粒子を含めば、いずれのものでも空気から分離することができる。
また、本実施例１では、空気中にミストＭＩを浮遊させたが、酸化などによる変質を防止するべく、窒素などの不活性雰囲気、その他、被処理液ＬＱ１等の性質に応じて、他の気体を用い、これを循環させることもできる。

（変形例１）
ついで、上述の実施例１の第１の変形例について、図４を参照して説明する。上述の実施例１の液体分溜装置１００のうち分離装置１２０においては、図３に示すように、流通管部材１３０の管部１３１は、断面が円（円環）状の円筒管を用いた。これに対し、本変形例１の液体分溜装置２００の分離装置２２０では、断面が正方形状（矩形状）の角型の管部２３１を用いる点で異なる。従って、異なる部分について説明し、同様な部分については、説明を省略あるいは簡略化する。

本変形例１の液体分溜装置２００において、超音波霧化装置１０、前処理装置ＷＤ、後処理装置ＨＴは、実施例１と同様である（図１参照）。一方、本変形例１における分離装置２２０は、その流通管部材２３０の管部２３１の形態が、図４に示すように、断面正方向の管部２３１であり、その一辺から板状の連結突出部２３５が突出して形成されている。この連結突出部２３５は、管部２３１の一辺（図４における下方辺）の中央から、その一辺に直交する姿勢で管結合部２３５ａにおいて管部２３１に溶接されており、超音波振動子１４０とも、振動子結合部２３５ｂで結合している。

従って、本変形例１の分離装置２２０においても、超音波振動子１４０を超音波振動させることにより、連結突出部２３５を通じて、管部２３１に超音波振動を励起することができる。この管部２３１に生じた超音波振動により、その内周面２３１Ｓから管内空間２３１Ｉに向けて、空中超音波ＡＵが放射され、管内空間２３１Ｉにおいて、定在波音場ＳＳが形成される。

そこで、実施例１と同じく、ミスト通路１２１のミストノズル１２２から、流通管部材２３０の管部２３１内に、ミストＭＩを含む空気を吹き込む（図２参照）。すると、実施例１と同様に、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳによる振動で節部に集められると共に、ミストＭＩ同士が衝突して粒子径が大きくなり、落下して管部２３１の内周面２３１Ｓに付着する。かくして、管部２３１からミストＭＩを液化した液化回収液ＬＱ３を得ることができる。
なお、本変形例１においても、管部２３１の対角寸法Ｄ２（径方向寸法）に比して、管部２３１の長さＬ（図２参照）が大きくされているので、この管部２３１の軸線方向の長い距離に亘って、繰り返しミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、さらに確実にミストＭＩを回収することができる。

かくして、本変形例１の分離装置２２０においても、流通管部材２３０の管内空間２３１Ｉに導入されたミストＭＩを含んだ空気（気体）から、効率よくミストＭＩを回収し、空気とミストＭＩとを分離し、ミストＭＩから液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

（変形例２）
ついで、上述の実施例１の第２の変形例について、図５を参照して説明する。実施例１及び変形例１の液体分溜装置１００，２００のうち分離装置１２０，２２０においては、図３に示すように、流通管部材１３０，２３０の管部１３１，２３１に対し、超音波振動子１４０，２４０は、連結突出部１３５，２３５を介して結合されていた。これに対し、本変形例２の液体分溜装置３００の分離装置３２０では、超音波振動子１４０を、断面正方形状（矩形状）の角型の管部３３１の一辺に直接結合させた点で異なる。従って、実施例１及び変形例１と異なる部分について説明し、同様な部分については、説明を省略あるいは簡略化する。

本変形例２の液体分溜装置３００において、超音波霧化装置１０、前処理装置ＷＤ、後処理装置ＨＴは、実施例１と同様である（図１参照）。一方、本変形例２における分離装置３２０は、その流通管部材３３０の管部３３０の形態が、図５に示すように、断面正方向の管部３３１である。さらに、この管部３３１のうち一辺（図５のうち右方辺）をなす壁面のうち振動子結合部１ｂにおいて、連結ボルト３５５により直接、超音波振動子１４０に結合している。

従って、本変形例２の分離装置３２０では、超音波振動子１４０を超音波振動させることにより、直接、管部３３１を超音波振動させる。従って、本変形例２では、実施例１等に比して、さらに強力な超音波振動を管部３３１に生じさせることができる。この管部３３１においても、変形例１と同じく、励起された超音波振動により、その内周面３３１Ｓから管内空間３３１Ｉに向けて、空中超音波ＡＵが放射され、管内空間３３１Ｉにおいて、定在波音場ＳＳが形成される。

そこで、実施例１と同じく、ミスト通路１２１のミストノズル１２２から、流通管部材３３０の管部３３１内に、ミストＭＩを含む空気を吹き込めば（図２参照）、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳの節部に集められると共に、ミストＭＩ同士の衝突で大きな径の粒子に成長し、落下して管部３３１の内周面３３１Ｓに付着する。かくして、管部３３１からミストＭＩを液化した液化回収液ＬＱ３を得ることができる。
なお、本変形例２においても、管部３３１の対角寸法Ｄ３（径方向寸法）に比して、管部３３１の長さＬ（図２参照）が大きくされているので、この管部２３１の軸線方向の長い距離に亘って、繰り返しミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、さらに確実にミストＭＩを回収することができる。

かくして、本変形例２の分離装置３２０においても、流通管部材３３０の管内空間３３１Ｉに導入されたミストＭＩを含んだ空気（気体）から、効率よくミストＭＩを回収し、空気とミストＭＩとを分離し、ミストＭＩから液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

（変形例３）
さらに、前述の実施例１の第３の変形例について、図６を参照して説明する。実施例１の液体分溜装置１００のうち分離装置１２０においては、図３に示すように、板状の連結突出部１３５を、管部１３１の管軸線１３１ＡＸ方向のほぼ中央において、管軸線１３１ＡＸに平行に突出するように配置した。これに対し、本変形例３の液体分溜装置４００の分離装置４２０では、板状の連結突出部４３５の平面が、管軸線４３１ＡＸに直交するように、管部４３１から突出させている点で異なる。従って、異なる部分について説明し、同様な部分については、説明を省略あるいは簡略化する。

本変形例３の液体分溜装置４００において、超音波霧化装置１０、前処理装置ＷＤ、後処理装置ＨＴは、実施例１と同様である（図１参照）。一方、本変形例３における分離装置４２０では、図２と対比すると容易に理解できるように、その流通管部材４３０において、板状の連結突出部４３５が、図４に示すように、その平面が管軸線４３１ＡＸに直交する形態で管部４３１から突出して設けられている。具体的には、この連結突出部４３５は、管部４３１の管軸線４３１ＡＸ方向の中央（つまり長さのほぼ半分の位置）から、管軸線４３１ＡＸに直交する姿勢で、管結合部４３５ａにおいて管部４３１に溶接されており、超音波振動子１４０とも振動子結合部４３５ｂで結合している。
なお、超音波振動子１４０は、実施例１等では、その軸線１４０ＡＸが管軸線１３１ＡＸに直交する形態に配置されていた。これに対し、本変形例３では、連結突出部４３５を上述のように配置したため、管軸線４３１ＡＸに対して、超音波振動子１４０がその軸線１４０ＡＸが平行になるように配置されている。

本変形例３の分離装置４２０でも、超音波振動子１４０を超音波振動させることにより、連結突出部４３５を介して、管部４３１を超音波振動させることができる。この管部４３１においても、励起された超音波振動により、その内周面４３１Ｓから管内空間４３１Ｉに向けて、空中超音波ＡＵが放射され、この管内空間４３１Ｉにおいて、定在波音場ＳＳが形成される。

そこで、実施例１と同じく、ミスト通路１２１のミストノズル１２２から、流通管部材４３０の管部４３１内に、ミストＭＩを含む空気を吹き込めば（図２参照）、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳの節部に集められると共に、ミストＭＩ同士の衝突で大きな径の粒子に成長し、落下して管部４３１の内周面４３１Ｓに付着する。かくして、管部４３１からミストＭＩを液化した液化回収液ＬＱ３を得ることができる。
なお、本変形例３においても、管部３３１の直径Ｄ（径方向寸法）に比して、管部４３１の長さＬ（図２参照）が大きくされているので、この管部３３１の軸線方向の長い距離に亘って、繰り返しミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、さらに確実にミストＭＩを回収することができる。

かくして、本変形例３の分離装置４２０においても、流通管部材４３０の管内空間４３１Ｉに導入されたミストＭＩを含んだ空気（気体）から、効率よくミストＭＩを回収し、空気とミストＭＩとを分離し、ミストＭＩから液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

ついで、第２の実施例にかかる液体分溜装置及び分離装置について、図７を参照して説明する。前述した実施例１の液体分溜装置１００のうち分離装置１２０においては、図３に示すように、１本の管部１３１を有する流通管部材１３０を用いた例を示した。これに対し、本実施例２の液体分溜装置５００の分離装置５２０では、多数の流通管部材を有し、これらを１つの超音波振動子で駆動する点で異なる。従って、異なる部分について説明し、同様な部分については、説明を省略あるいは簡略化する。

本実施例２の液体分溜装置５００において、超音波霧化装置１０、前処理装置ＷＤ、後処理装置ＨＴは、実施例１と同様である（図１参照）。一方、図２，図３と対比して、図７（ａ）,（ｂ）を参照すれば容易に理解できるように、本実施例２における分離装置５２０は、６つの流通管部材５３０Ａ，５３０Ｂ，５３０Ｃ，５３０Ｄ，５３０Ｅ，５３０Ｆを備える。６つの流通管部材５３０Ａ等は、実施例１における流通管部材１３０とほぼ同様の形状を有する。即ち、流通管部材５３０Ａ等は、それぞれ長い直円管状の管部５３１Ａ等と、各管部５３１Ａ等の長さＬのほぼ中央において、管軸線５３１ＡＡＸ等にそれぞれ平行に、管部５３１Ａ等から径方向外側に突出して設けられた連結突出部５３５Ａ等と、を備える。各々の連結突出部５３５Ａ等は、板状で平面視したとき台形状の部材からなり管部５３１Ａ等の表面にそれぞれ溶接されている。それぞれの管部５３１Ａ等は、ミストＭＩを含む空気を導入する導入口５３１ＡＮ等、空気を排出する排出口５３１ＡＴ等を有し、これらの間を結ぶ管内空間５３１ＡＩ等を画定する。

さらに本実施例２の分離装置５２０では、超音波振動子１４０と６つの流通管部材５３０との間に介在する中継板５３７を備える。この中継板５３７は、正六角形状であり、その平面方向中央において、超音波振動子１４０の先端に結合している。また、この中継板５３７は、その周縁５３７Ｐの各辺中央において、上述の連結突出部５３５Ａ等の端部に位置する中継板結合部５３５Ａｂ等とそれぞれ溶接により接続している。各々の管部５３１Ａ等が互いに平行になるように配置されている。
従って、図７（ａ）,（ｂ）を参照すれば容易に理解できるように、本実施例２の分離装置５２０では、中継板５３７がその中心（超音波振動子の軸線１４０ＡＸに一致する）の回りに６回回転対称の形態を有している。さらに、この中継板５３７の回りに、６本の流通管部材５３０Ａ等がそれぞれ６回回転対称の位置で接続されている。

従って、超音波振動子１４０を駆動回路ＰＷを用いて振動させると、その振動は、中継板５３７を介して、さらに、連結突出部５３５Ａ等を介して、６本の管部５３１Ａ等にそれぞれ均等に伝えられる。このため、各々の管部５３１Ａ等は、実施例１と同様に超音波振動させられ、例えば、図７（ａ）に示すように、管部５３１Ａ，５３１Ｄにおいてそれぞれ、管内空間５３１ＡＩ，５３１ＤＩに定在波音場ＳＳを形成することができる。

そこで、六股に別れたミスト通路５２１を用いて、各導入口５３１ＡＮ，５３１ＤＮ等から、各流通管部材５３０Ａ等の管部５３１Ａ等の管内空間５３１Ａ等の中に、ミストＭＩを含む空気を吹き込む（図７（ａ）参照）。すると、実施例１と同様に、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳによる振動で節部に集められると共に、ミストＭＩ同士が衝突して粒子径が大きくなり、落下してそれぞれの管部５３１Ａ等の内周面に付着する。かくして、各管部５３１Ａ等のそれぞれから、回収口５２４Ａ，５２４Ｄ等を通じて回収容器５２４に、ミストＭＩを液化した液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

しかも、６組の流通管部材５３０は、均等に超音波振動させられるから、管部５３１Ａ等の各々について、特性のバラツキが少ない。従って、この点でも、均等に効率よくミストＭＩから液化回収液ＬＱ３を回収することができる
なお、本実施例２においても、管部５３１Ａ等の直径Ｄに比して、管軸線５３１ＡＡＸ等の方向の長さＬが大きくされているので、この管部５３１Ａ等の軸線方向の長い距離に亘って、繰り返しミストＭＩに空中超音波ＡＵを照射することができるから、さらに確実にミストＭＩを回収することができる。

かくして、本実施例２の分離装置５２０を用いれば、１つの超音波振動子を用いて、多数（本実施例２では６組）の流通管部材５３０Ａ等により、並行して効率よくミストＭＩを回収することができる。従って、実施例１等に比して、さらに大量の空気とミストＭＩとを分離し、大量のミストＭＩから多くの液化回収液ＬＱ３を回収することができる。

ついで、第３の実施例にかかる液体分溜装置及び分離装置について、図８を参照して説明する。前述した実施例１，２及び変形例１〜３の液体分溜装置１００等の分離装置１２０等においては、例えば、図３に示すように、管部１３１を有する流通管部材１３０を用いた例を示した。これに対し、本実施例３の液体分溜装置６００の分離装置６２０では、ミストＭＩを含む空気が流通する流通路が多数形成された多空間流通路部材、具体的には、ハニカム流通路部材を用い、これを超音波振動子で加振する点で異なる。従って、異なる部分について説明し、同様な部分については、説明を省略あるいは簡略化する。

本実施例３の液体分溜装置６００において、超音波霧化装置１０、前処理装置ＷＤ、後処理装置ＨＴは、実施例１と同様である（図１参照）。一方、図８を参照すれば容易に理解できるように、本実施例３における分離装置６２０は、断面が六角形のハニカム構造壁６３１と、このハニカム構造壁６３１をその長手方向（図８において、右上−左下方向）に平行に接触しつつこれを囲むロ字型の枠体６３２とを有するハニカム流通路部材６３０を備える。このハニカム流通路部材６３０は、ステンレスからなり、ハニカム構造壁６３１は、ミストＭＩを含む空気を導入する多数の導入口６３１Ｎと、空気を排出する多数の排出口６３１Ｉとを有し、これらの間をそれぞれ結ぶ多数の単位空間６３１Ｉ（内部流通空間）を画定する。

さらに本実施例３の分離装置６２０では、超音波振動子１４０が、ロ字形の枠体６３２のうちの一辺をなす面に結合されている。具体的には、超音波振動子１４０の振動端面１４０Ｓ、即ち、テーパ部１５４の先端面１５４Ｓが、枠体６３２に当接した形態に結合されている。このため、超音波振動子１４０を駆動回路ＰＷを用いて振動させると、その振動は、枠体６３２を介し、ハニカム構造壁６３１に伝えられる。また、ハニカム構造壁６３１同士がハニカム構造をなして互いに結合しているので、一方のハニカム構造壁６３１から他方のハニカム構造壁６３１に次々に超音波振動が伝えられる。かくして、ハニカム構造壁６３が超音波振動し、これにより、図８（ｂ）に示すように、それぞれのハニカム構造壁６３１から単位空間６３１Ｉ内に空中超音波ＡＵが放射される。かくして、単位空間６３１Ｉ内にそれぞれ定在波音場ＳＳを形成することができる。

そこで、実施例１と同じく、ミストＭＩを含む空気を、各々の導入口６３１Ｎから単位空間６３１Ｉに吹き込めば、ミストＭＩは、定在波音場ＳＳの節部に集められると共に、ミストＭＩ同士の衝突で大きな径の粒子に成長し、落下してハニカム構造壁６３１に付着する。かくして、ハニカム流通路部材６３０からミストＭＩを液化した液化回収液ＬＱ３を回収容器６２４に得ることができる。
本実施例３の分離装置６２０では、多数の単位空間６３１Ｉを用いて、それぞれで並行してミストＭＩと空気とを分離しているため、１つの超音波振動子１４０を用いて、効率よくミストＭＩを回収することができる。従って、実施例１等に比して、さらに大量の空気とミストＭＩとを分離し、大量のミストＭＩから多くの液化回収液ＬＱ３を回収することができる。
なお、本実施例３において、導入口６３１Ｎ及び排出口６３１Ｔの対角径に比して、単位空間６３１Ｉの長さを長くしておくと良いことは、実施例１等と同じである。

以上において、本発明を実施例１，２，３及び変形例１，２，３に即して説明したが、本発明は上述の実施例等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、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１においては、流通管部材１３０として、まっすぐな直管状の管部１３１を有するものを用いた例を示したが、ミストＭＩを含む空気が流通でき、管部に所望の超音波振動を生じさせることができる形態であれば良い。従って、流通管部材としては、管部が適宜曲がっていても良く、例えば螺旋状の形態とすることもできる。
また、実施例１，２等では、１つの超音波振動子１４０で、流通管部材１３０等を加振したが、２つ以上の超音波振動子を用いて、加振することもできる。例えば、管部１３１の導入口１３１Ｎ付近と、排出口１３１Ｔ付近に超音波振動子をそれぞれ結合させて、同一周波数で加振し、管部に超音波振動を生じさせるようにしても良い。

また、変形例１においては、断面正方形状の管部２３１を有する分離装置２２０を示したが、その他、断面が長方形状、六角形、八角形などの多角形としても良い。但し、角部付近では超音波を放射しにくくなり易いため、実施例１の如く断面が円形の管を用いるのが好ましい。
また、変形例２においても、断面正方形状の管部３３１を有する分離装置３２０を示したが、その他、断面が長方形状、六角形、八角形などの多角形としても良い。また、実施例１の如く断面が円形の管を用いても良い。
さらに、変形例３においては、管部４３１として、実施例１と同様の円管を用いた例を示したが、変形例１と同様に、断面正方向などの角型の管部を用いても良い。

さらに、実施例２においても、流通管部材５３０Ａ等として、実施例１と同様の同様の円管を用いた例を示したが、変形例１と同様に、断面正方向などの角型の管部を用いても良い。
また、実施例２においては、６組の流通管部材５３０Ａ等を、六角形の中継板を用いて１つの超音波振動子１４０で駆動した例を示したが、４，５，８組など適宜の数の流通管部材を組み合わせて使用することもできる。
また実施例２では、正六角形の中継板５３７を用い、６回回転対称の形態に６組の流通管部材５３０Ａ等を配置したが、ミストＭＩを回収するのには、必ずしも回転対称の形態に配置しなくても良い。但し、複数の流通管部材の特性を均一にするには、回転対称の形態をするのが容易であり好ましい。

さらに、実施例３においては、断面六角形のハニカム構造壁６３１を備えるハニカム流通路部材６３０を用いたが、断面が三角、四角などのハニカム構造壁を備えるハニカム流通路部材を用いても良い。さらに、ハニカム構造壁でなくとも、側壁によって多数の内部流通空間を構成するように構成された構造体を用いれば良い。

実施例１，２，３及び変形例１，２，３に係る液体分溜装置の概要を示す説明図である。 実施例１にかかる液体分溜装置のうち、分離装置の概要を示す説明図である。 実施例１にかかる分離装置のうち、流通管部材と超音波振動子との関係を示す説明図である。 変形例１にかかる分離装置のうち、流通管部材と超音波振動子との関係を示す説明図である。 変形例２にかかる分離装置のうち、流通管部材と超音波振動子との関係を示す説明図である。 変形例３にかかる分離装置のうち、流通管部材と超音波振動子との関係を示す説明図である。 実施例２にかかる分離装置のうち、複数の流通管部材と中継板と超音波振動子との関係を示す説明図であり、（ａ）は流通管部材の側方から見た図、（ｂ）はＢ−Ｂ’矢視断面図である。 実施例３にかかる分離装置のうち、ハニカム型の多数流通路部材と超音波振動子との関係を示す説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は単位空間の様子を示す部分拡大説明図である。

１００，２００，３００，４００，５００，６００ 液体分離装置
１０ 超音波霧化装置
１１ 被処理液容器
１２ 霧化用超音波振動子
ＬＱ１ 被処理液
ＬＱ２ 処理済み被処理液
ＬＱ３ 液化回収液
ＭＩ ミスト（霧状の液滴）
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０ 分離装置
１３０，２３０，３３０，４３０ 流通管部材（流通路部材）
１３１，２３１，３３１，４３１ 管部（側壁部）
１３１ＡＸ，４３１ＡＸ 管軸線
１３１Ｎ 導入口
１３１Ｔ 排出口
１３１Ｉ，２３１Ｉ，３３１Ｉ，４３１Ｉ 管内空間（内部流通空間）
１３１Ｓ，２３１Ｓ，３３１Ｓ，４３１Ｓ （管部の）内周面
Ｌ （管部の軸線方向）長さ（管長方向寸法）
Ｄ （管部の）直径（径方向寸法）
Ｄ２，Ｄ３ （管部の）対角寸法（径方向寸法）
ＳＳ 定在波音場
５３０Ａ，５３０Ｂ，５３０Ｃ，５３０Ｄ，５３０Ｅ，５３０Ｆ 流通管部材
５３１Ａ，５３１Ｂ，５３１Ｃ，５３１Ｄ，５３１Ｅ，５３１Ｆ 管部（側壁部）
５３１ＡＮ，５３１ＤＮ 導入口
５３１ＡＴ，５３１ＤＴ 排出口
５３１ＡＩ，５３１ＤＩ 管内空間（内部流通空間）
５３７ 中継板（中継部材）
６３０ ハニカム流通路部材（多空間流通路部材、流通路部材）
６３１ ハニカム構造壁（側壁部）
６３１Ｎ 導入口
６３１Ｔ 排出口
６３１Ｉ 単位空間（内部流通空間）
１４０ 超音波振動子（超音波振動子）
１４０ＡＸ （超音波振動子の）軸線
１５１ ホーン
ＡＵ 空中超音波

Claims (8)

1. 気体中に浮遊する浮遊物質を凝集させて上記気体から分離する分離装置であって、
   超音波振動を発生する超音波振動子と、
   上記浮遊物質を含む気体を導入する導入口、上記気体を排出する排出口、及び、上記導入口と排出口との間を結ぶ内部流通空間を画定する側壁部を含む流通路部材であって、
   上記浮遊物質を含む上記気体全体が、上記流通路部材内を流れる構成とされ、
   前記超音波振動子により上記側壁部に励起された超音波振動によって、上記側壁部から放射される空中超音波で上記内部流通空間に定在波音場を形成する
   流通路部材と、を備える
   分離装置。
2. 請求項１に記載の分離装置であって、
   前記流通路部材は、管状の流通管部材である
   分離装置。
3. 請求項２に記載の分離装置であって、
   前記流通管部材は、
   径方向寸法に対して、管長方向寸法が長い形態を有する
   分離装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の分離装置であって、
   前記流通管部材を複数備え、
   前記超音波振動子により加振され、超音波振動を各々の上記流通管部材に伝える中継部材であって、
   互いに平行に配置された複数の上記流通管部材に囲まれて、各々の上記流通管部材に接続してなる
   中継部材を備える
   分離装置。
5. 請求項４に記載の分離装置であって、
   前記流通管部材をｎ本（ｎは２以上の整数）備え、
   前記中継部材は、
   軸線回りにｎ回回転対称な形状を有し、その径方向外側のｎ回回転対称の位置で上記流通管部材とそれぞれ接続してなる
   分離装置。
6. 請求項１に記載の分離装置であって、
   前記流通路部材は、
   前記側壁部によって互いに隔てられ、所定形状の断面を有する多数の前記内部流通空間を含む多数内部流通空間構造を有する
   多空間流通路部材であり、
   前記超音波振動子により、上記多数の内部流通空間のうち少なくとも複数に定在波音場を形成する
   分離装置。
7. 請求項６に記載の分離装置であって、
   前記超音波振動子は、前記多空間流通路部材の側壁部またはこの側壁部に接して周囲を取り囲む枠体を、直接または間接に加振する
   分離装置。
8. 超音波振動により被処理液を霧化して、前記霧状の液滴を放出する超音波霧化手段と、
   請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の分離装置と、を備える
   液体分溜装置。

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