JP4691719B2 - 分離装置、及びこれを用いた液体分溜装置 - Google Patents
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Description
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、コンパクトでありながら、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、及びこれを用いた、コンパクトで被処理液に含まれている成分を効率よく分溜することができる液体分溜装置を提供することを目的とする。
これにより、管貫通孔内に導入された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、菅部材の内周面に付着したり、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。
しかも本発明の分離装置は、管部材の管長方向少なくとも一部の径方向周囲を、取り囲むように超音波振動発生源を配置している。従って、コンパクトな分離装置となる。
また管部材としては、まっすぐな直管を用いることができるほか、管部材の径方向周囲を取り囲む形態で超音波振発生源を配置できれば良く、曲がっていたり、さらには螺旋状であっても良い。
管部材の管貫通孔内に形成される管内定在波音場としては、管貫通孔内において、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、管部材の内周面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、管部材を水平よりも傾けるあるいは鉛直線に平行にして、液体を管部材の内周面に沿って移動させる手法が挙げられる。
パイプ部材のパイプ貫通孔内に形成されるパイプ内定在波音場も、管内定在波音場と同様、パイプ貫通孔内において、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。
浮遊物質が霧状の液滴である場合には、パイプ部材の内周面を水平に対して傾けておき、内周面に付着した液体をこの内周面に沿って移動させるとよい。
しかも、本発明の分離装置では、管部材が一方側突出部、及び他方側突出部の少なくともいずれかを有する構成としているので、別途パイプ部材を用意したりこれを取り付ける必要もなく、取り扱いが容易である。
ところで、一般に、ボルト締めランジュバン型振動子は、圧電素子,磁歪素子など振動を生じる円環状の素子を、2つの部材で挟み、これらに挿通したボルト部材あるいはボルト部材とナット部材とで互いに締結して、2つの部材で素子を圧縮した構成を有している。従って、ボルト部材は、直接あるいはナット部材を介して素子を挟む2つの部材に係合しており、このボルト部材には、引張応力が掛かっている。
従って、貫通流通孔うち、少なくともボルト貫通孔内の内部空間にボルト内定在波音場が形成される。このため、この貫通流通孔内に霧状の液滴などの浮遊物質を導入すると、浮遊物質は、そのボルト内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、ボルト貫通孔の内周面等に付着する。かくして、浮遊物質を気体から分離することができる。
また、ボルト締めランジュバン型振動子の円筒状ボルト部材のボルト貫通孔を、貫通流通孔に含めているので、コンパクトな分離装置となる。しかも強力なボルト内定在波音場をボルト貫通孔内に形成することができるので、高い効率で浮遊物質を回収できる。
パイプ部材を径に比して管長が長い管の形態とすると、パイプ部材からパイプ貫通孔内に放射され、減衰しやすい空中超音波の強度も、パイプ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パイプ部材内のパイプ内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効率よく気体と分離させることができる。
このように、ボルト締めランジュバン型振動子内における円筒状ボルト部材の伸縮に伴う呼吸振動のみならず、一方側突出部及び他方側突出部の少なくともいずれかにおいて、それらのボルト貫通孔内に突出部内定在波音場が形成されるので、この部分でも気体から浮遊物質を分離できる。従って、コンパクトで、さらに高い効率で浮遊物質を回収できる。
また、圧電素子に所定周波数の駆動電圧を印加すると、圧電素子に発生する軸線方向の振動により、第1環状部材、第2環状部材、及び円筒状ボルト部材に超音波振動を生じる。この際、円筒状ボルト部材は、伸縮変形をすると共に、その軸線に直交する径方向にも、そのボルト貫通孔の径が拡縮する呼吸振動状の超音波振動が生じる。この円筒状ボルト部材に励起されたこの超音波振動によって、ボルト貫通孔壁から内側(軸線)に向かって放射される空中超音波でボルト貫通孔内にボルト内定在波音場が形成される。
そこで、このボルト貫通孔内に霧状の液滴等の浮遊物質を含む気体を導入すれば、浮遊物質は、そのボルト内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、円筒状ボルト部材の内周面等に付着する。かくして、浮遊物質を気体から分離することができる。
また、円筒状ボルト部材の径方向周囲に圧電素子等が配置される構成でるので、コンパクトな分離装置となる。しかも強力なボルト内定在波音場をボルト貫通孔内に形成することができるので、高い効率で浮遊物質を回収できる。
パイプ部材を径に比して管長が長い管の形態とすると、パイプ部材からパイプ貫通孔内に放射され、減衰しやすい空中超音波の強度も、パイプ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パイプ部材内のパイプ内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効率よく気体と分離させることができる。
このように、この分離装置では、円筒状ボルト部材の伸縮に伴う呼吸振動のみならず、基端側突出部及び先端側突出部の少なくともいずれかにおいて、それらのボルト貫通孔内に突出部内定在波音場が形成されるので、この部分でも気体から浮遊物質を分離できる。従って、コンパクトで、さらに高い効率で浮遊物質を回収できる。
従って、超音波霧化手段によって生成した霧状の液滴(浮遊物質)を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が、あるいは、超音波霧化装置に、当初の被処理液よりも所望の成分の濃度が高くされた被処理液が得られる。
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、超音波霧化手段と分離装置からは、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、超音波霧化手段からは、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。
こ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。
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。
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。
特に、本実施例では、円筒状ボルト147は、円管状であるので、軸線140AXに向かって空中超音波AU1を集中させることができるから、軸線140AX近傍に強力なボルト内定在波音場SS1を形成できる。
本実施例では、パイプ部131は、円管状であるので、軸線140AXに向かって空中超音波AU2を集中させることができるから、軸線140AX近傍に強力なパイプ内定在波音場SS2を形成できる。
かくして、この分離装置120の軸線140AXを水平より傾けておけば、導入口120Nまたは排出口120T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。
しかも、ボルト貫通孔147Iは、直径Dに比して長さLBが大きいから、軸線140AX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。
しかも、パイプ貫通孔130Iは、直径DPに比して長さLPが大きいから、軸線140AX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AU2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。
また、本実施例では、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。
ついで、上述の実施例の変形例について、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、円筒状ボルト部材147は、その軸線方向長さが比較的短く、ナット146から前面板144の途中までの長さしかなかった。このため、振動子140とは別に、パイプ部材130を振動子140の先端側に設けていた。
これに対し、本変形例の液体分溜装置200の分離装置220では、ボルト締めランジュバン型振動子240を貫く長い軸線方向長さを有する円筒状ボルト部材247を用い、パイプ部材を備えない点で異なる。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。
具体的には、振動子240においては、前面板244の前面板貫通孔244Hに形成したボルト締結ネジ部244SCと円筒状ボルト部材247の途中部分に形成した第2ネジ部147SC2とが締結されている。また、4枚の圧電素子142及び電極板143が、圧電素子142の素子軸線142AXが軸線240AXに一致するように積層され、これらが前面板244と裏打ち板145とで挟持され、それらの内部に、円筒状ボルト部材247が挿通されている。さらに、円筒状ボルト部材247のうち、基端側に設けられ、裏打ち板145よりも基端側(図4中、左側)に突出している第1ネジ部247SC1と、ナット146のネジ部146SCとを螺合し、圧電素子142に軸線240AX方向の圧縮応力が掛かるように、円筒状ボルト部材247とナット146とが締結されてなる。
特に、本変形例では、円筒状ボルト247は、円管状であるので、軸線240AXに向かって空中超音波AU3を集中させることができるから、軸線240AX近傍に強力な中間部内定在波音場SS3を形成できる。
本変形例では、先端側突出部247Pも、円管状であるので、軸線240AXに向かって空中超音波AU4を集中させることができるから、軸線240AX近傍に強力な突出部内定在波音場SS4を形成できる。
しかも、ボルト貫通孔247Iは、直径Dに比して長さLB2が長いから、軸線240AX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AU3,AU4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。
例えば、実施例では、ボルト締めランジュバン型振動子140の先端側に、パイプ部材130を固着した形態の分離装置120を示したが、パイプ部材130が無い分離装置、即ち、ボルト締めランジュバン型振動子140のみを分離装置としても良い。あるいはこれとは逆に、振動子140の基端側にも、別途パイプ部材を設けるようにしても良い。
10 超音波霧化装置(超音波霧化手段)
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、浮遊物質)
120,220 分離装置
120I,220I 通気貫通孔
130 パイプ部材
130I パイプ貫通孔
130S (パイプ部材の)内周面
131 パイプ部
131S (パイプ部の)内周面
140,240 ボルト締めランジュバン型振動子(超音波振動発生源)
140AX,240AX (ボルト締めランジュバン型振動子の)軸線
140I,240I 振動子貫通孔(貫通流通孔)
142 圧電素子
142AX 素子軸線
143 電極
144,244 前面板(第2環状部材)
144H,244H 前面板貫通孔(第2貫通孔)
145 裏打ち板(第1環状部材)
146 ナット(ナット部材)
147,247 円筒状ボルト部材(管部材)
147S,247S (円筒状ボルト部材の)内周面
147I,247I ボルト貫通孔(管貫通孔)
147SC1,247SC1 (円筒状ボルト部材の)第1ネジ部
147SC2,247SC2 (円筒状ボルト部材の)第2ネジ部
247P 先端側突出部(一方側突出部)
247PI 先端側突出部におけるボルト貫通孔(一方側突出部におけるボルト貫通孔)
247Q 基端側突出部(他方側突出部)
247QI 基端側突出部におけるボルト貫通孔(他方側突出部におけるボルト貫通孔)
AU1,AU2,AU3,AU4 空中超音波
SS1 ボルト内定在波音場(管内定在波音場)
SS2 パイプ内定在波音場
SS3 中間部内定在波音場(管内定在波音場)
SS4 突出部内定在波音場
Claims (8)
- 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、
内部に上記浮遊物質を含む気体を流通させる管貫通孔を有する管部材と、
上記管部材の管長方向少なくとも一部の径方向周囲を取り囲み、この管部材を加振する超音波振動発生源であって、
この管部材のうち、上記超音波振動発生源に取り囲まれる部分の少なくとも一部において、超音波振動を生じさせて、上記管部材から放射される空中超音波で上記管貫通孔内に管内定在波音場を形成する超音波振動発生源と、を備える
分離装置。 - 請求項1に記載の分離装置であって、
パイプ貫通孔を備えるパイプ部材であって、
前記超音波振動発生源の前記管長方向の一方側に、前記管貫通孔に上記パイプ貫通孔を連通させた状態で配置されてなり、
上記超音波振動発生源によりこのパイプ部材において超音波振動を生じ、このパイプ部材から放射される空中超音波で、上記パイプ貫通孔内にパイプ内定在波音場が形成される
パイプ部材を備える
分離装置。 - 請求項1に記載の分離装置であって、
前記管部材は、
前記超音波振動発生源よりも、前記管長方向の一方側に突出する一方側突出部であって、
上記超音波振動発生源によりこの一方側突出部において超音波振動を生じ、この一方側突出部における前記管貫通孔内に突出部定在波音場が形成される
一方側突出部、及び、
前記超音波振動発生源よりも、前記管長方向の他方側に突出する他方側突出部であって、
上記超音波振動発生源によりこの他方側突出部において超音波振動を生じ、この他方側突出部における上記管貫通孔内に上記突出部内定在波音場が形成される
他方側突出部、
の少なくともいずれかを有する
分離装置。 - 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、
ボルト締めランジュバン型振動子を備え、
上記ボルト締めランジュバン型振動子のうち、
ボルト部材は、このボルト締めランジュバン型振動子の軸線に沿って自身を貫通するボルト貫通孔を含む円筒状ボルト部材であり、
上記ボルト締めランジュバン型振動子は、
少なくとも上記ボルト貫通孔を含んで、自身を上記軸線に沿って貫通する貫通流通孔であって、上記浮遊物質を含む気体を流通させる貫通流通孔を有する
分離装置。 - 請求項4に記載の分離装置であって、
パイプ貫通孔を備えるパイプ部材であって、
前記ボルト締めランジュバン型振動子の一方端に、前記貫通流通孔に上記パイプ貫通孔を連通させた状態で固着してなり、
上記ボルト締めランジュバン型振動子によりこのパイプ部材において超音波振動を生じ、このパイプ部材から放射される空中超音波で、上記パイプ貫通孔内にパイプ内定在波音場が形成される
パイプ部材を備える
分離装置。 - 請求項4に記載の分離装置であって、
前記円筒状ボルト部材は、
前記ボルト締めランジュバン型振動子よりも、前記軸線の一方側に突出する一方側突出部であって、
上記ボルト締めランジュバン型振動子によりこの一方側突出部において超音波振動を生じ、この一方側突出部における前記ボルト貫通孔内に突出部内定在波音場が形成される
一方側突出部、及び、
前記ボルト締めランジュバン型振動子よりも、前記軸線の他方側に突出する他方側突出部であって、
上記ボルト締めランジュバン型振動子によりこの他方側突出部において超音波振動を生じ、この他方側突出部における上記ボルト貫通孔内に上記突出部内定在波音場が形成される
他方側突出部、
の少なくともいずれかを有する
分離装置。 - 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、
素子貫通孔を有する複数の環状の圧電素子であって、
自身の素子軸線に互いに同軸に配置された
複数の圧電素子と、
上記圧電素子の間に介在する電極板と、
複数の上記圧電素子よりも上記素子軸線の基端側に位置し、上記素子軸線に沿う第1貫通孔を有する環状の第1環状部材と、
複数の上記圧電素子よりも上記素子軸線の先端側に位置し、上記素子軸線に沿う第2貫通孔を有する環状の第2環状部材と、
上記素子軸線に沿って貫通するボルト貫通孔を有する円筒状の円筒状ボルト部材であって、
上記第1環状部材よりも上記素子軸線の基端側に突出し、上記圧電素子の素子貫通孔内及び上記第1環状部材の第1貫通孔内を通って、少なくとも上記第2環状部材の第2貫通孔内まで延在し、
少なくとも上記第1環状部材よりも上記素子軸線の基端側に突出する突出部に形成された第1ネジ部、及び、
上記第2貫通孔内で上記第2環状部材に締結される第2ネジ部を含む
円筒状ボルト部材と、
上記第1環状部材よりも上記素子軸線の基端側からこの第1環状部材に当接するナット部材であって、
上記第1環状部材と上記第2環状部材とで複数の上記圧電素子を上記素子軸線に沿う方向に圧縮すると共に、上記円筒状ボルト部材の上記第1ネジ部と上記第2ネジ部との間に引張応力を生じさせて、
上記円筒状ボルト部材の上記第1ネジ部に締結されてなるナット部材と、を備える
分離装置。 - 超音波振動により被処理液を霧化して、前記浮遊物質である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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