-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abtrennen einer Lösung,
wodurch vor allem von einer Alkohollösung wie Sake (Japanischer
Reiswein) oder Sakerohmaterialien eine höhere Konzentration eines Alkohols
abgetrennt wird.
-
2. Beschreibung der in
Beziehung stehenden Technik
-
Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung entwickelte eine Vorrichtung
zum Abtrennen von Alkohol, bei welchem es sich um ein Targetmaterial
handelt, das die physikalische Eigenschaft der Oberflächenanreicherung
zeigt (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-314724).
-
Bei
diesem Typ einer Abtrennvorrichtung wird eine Ultraschallzerstäubungskammer
mit einer geschlossenen Konstruktion mit einer Alkohollösung gefüllt und
die Alkohollösung
in der Ultraschallzerstäubungskammer
mit einem Ultraschalloszillator durch Ultraschallschwingung zu einem
Nebel zerstäubt.
Die Abtrennvorrichtung aggregiert und sammelt den zerstäubten Nebel
und trennt eine höhere Konzentration
einer Alkohollösung
ab. Spezieller trennt die Abtrennvorrichtung eine höhere Konzentration
einer Alkohollösung
als ein Targetmaterial wie folgt ab.
-
Bei
einem Alkohol, der sich schnell an die Oberfläche bewegt und die physikalische
Eigenschaft der Oberflächenanreicherung
zeigt, ist die Alkoholkonzentration an seiner Oberfläche hoch.
Wird die Lösung
in diesem Zustand durch Ultraschallschwingung in Schwingung versetzt,
werden feine Flüssigkeitströpfchen als
Nebel von der Oberfläche der
Lösung
durch Ultraschallschwingungsenergie in die Luft ausgestoßen. Der
in die Luft ausgestoßene Nebel
weist eine höhere
Alkoholkonzentration auf. Der Grund dafür liegt darin, dass die Lösung an
ihrer Oberfläche
mit einer höheren
Alkoholkonzentration als Nebel ausgestoßen wird. Deshalb kann eine
Lösung
mit einer höheren
Alkoholkonzentration durch Aggregieren und Sammeln des Nebels abgetrennt werden.
Mit diesem Verfahren kann eine hohe Konzentration einer Alkohollösung ohne
Erwärmen
der Lösung
abgetrennt werden. Folglich kann ein Targetmaterial mit hoher Konzentration
abgetrennt werden. Da ein Erwärmen
nicht notwendig ist, weist die Abtrennvorrichtung weiterhin den
Vorteil auf, dass das Targetmaterial ohne Qualitätsverschlechterung abgetrennt
werden kann.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Mit
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird die Lösung als
Nebel in zirkulierende Luft zerstäubt. Der Grund für die Zirkulation
der Luft liegt darin, dass der in der Luft enthaltene Nebel und
das aus dem Nebel verdampfte Targetmaterial nicht vollständig gesammelt
werden kann. Das heißt,
wenn Luft, die einen nicht sammelbaren Teil des Targetmaterials
enthält,
nach außen
abgeführt
wird, entweicht das Targetmaterial unter Erhöhung des Verlusts, daher wird
die Luft in die Ultraschallzerstäubungskammer
ohne Abführung
der Luft nach außen
zirkuliert. Aus diesem Grund wird der Ultraschallzerstäubungskammer
keine Frischluft zugeführt
und die das Targetmaterial enthaltende Luft wird zirkuliert. Indessen nimmt,
wenn eine Lösung
zu einem Nebel mit hoher Konzentration zerstäubt werden soll, die Effizienz beim
Erzeugen eines Nebels des Targetmaterials ab, wenn die Luft das
Targetmaterial enthält.
Beim Zerstäuben
des Targetmaterials zu einem Nebel kann der Nebel des Targetmaterials
durch Erhöhen
des Grads des Ungleichgewichts zwischen der Lösungsoberfläche und der Gasphasenseite
effizient erzeugt werden. Enthält
jedoch die Luft in der Ultraschallzerstäubungskammer eine hohe Alkoholkonzentration, wird
sich der Alkohol zwischen der Lösungsoberfläche und
der Gasphasenseite nahezu in einem Gleichgewichtszustand befinden,
so dass der Alkoholnebel mit keiner guten Effizienz erzeugt werden kann.
-
Der
Grund für
die Zirkulation der Luft, aus welcher das Targetmaterial, wie z.B.
Alkohol, gesammelt wurde, in die Ultraschallzerstäubungskammer liegt
darin, dass die Luft das Targetmaterial enthält. Deshalb enthält die in
die Ultraschallzerstäubungskammer
zirkulierte Luft das Targetmaterial, wie z.B. Alkohol, wodurch die
Effizienz des Zerstäubens
des Targetmaterials zu einem Nebel erschwert wird. Dieses Problem
kann durch vollständiges
Sammeln des Targetmaterials vor dem Zirkulieren der Luft in die
Ultraschallzerstäubungskammer
gelöst
werden. Jedoch kann in der Praxis das in der Luft enthaltene Targetmaterial
nicht vollständig
gesammelt werden, so dass das in der zirkulierten Luft enthaltene
Targetmaterial die Effizienz beim Erzeugen eines Nebels erschwert.
-
Auch
wird bei einer herkömmlichen
Vorrichtung die Luft zum Aggregieren und Sammeln des Nebels abgekühlt. Daher
wird die abgekühlte
Luft in die Ultraschallzerstäubungskammer
zirkuliert. Jedoch nimmt die Effizienz des Erzeugens eines Nebels beim
Zerstäuben
der Lösung
zu einem Nebel in der Ultraschallzerstäubungskammer bei niedriger
Temperatur ab. Dieses Problem kann durch Erwärmen der Lösung gelöst werden. Jedoch ist für das Erwärmen der
Lösung
Wärmeenergie
nötig.
Diese erhöht den
Gesamtenergieverbrauch und den Energieverbrauch zum Konzentrieren
der Lösung.
-
Des
Weiteren wird die Luft bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Aggregieren
des Nebels abgekühlt,
wodurch der Energieverbrauch erhöht
wird. Da die als Trägergas
zum Transportieren des Nebels dienende Luft zum Aggregieren des
Nebels abgekühlt
wird, nimmt insbesondere die Menge der abzukühlenden Luft zu, wenn die Konzentration des
in der Luft enthaltenen Nebels abnimmt, wodurch eine große Energiemenge
zum Abkühlen
der Luft verbraucht wird. Zum Erzeugen eines Nebels in der Ultraschallzerstäubungskammer
mit guter Effizienz muss die Konzentration des Nebels in Bezug auf
die Luft wie vorstehend beschrieben gesenkt werden. Nimmt jedoch
die Konzentration des Nebels in Bezug auf die Luft ab, nimmt die
Energie zum Abkühlen
der Luft zu. Wird zum Vermeiden dieses Nachteils die Menge des Nebels
in Bezug auf die Luft erhöht,
kann der Nebel mit keiner hohen Effizienz in der Ultraschallzerstäubungskammer
erzeugt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehenden Probleme
des herkömmlichen Standes
der Technik entwickelt. Eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen einer Lösung bereitzustellen,
wobei die Lösung
mit reduziertem Energieverbrauch zum Abkühlen und dergleichen durch
effizientes Sammeln des Nebels effizient abgetrennt werden kann,
während
der Nebel effizient erzeugt wird.
-
Ein
Verfahren zum Abtrennen einer Lösung gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt einen Zerstäubungsschritt
zum Zerstäuben
einer eine Targetsubstanz enthaltenden Lösung zu einem Nebel in einem
Zerstäuber 1 zur
Erzeugung eines Fluidgemisches aus Nebel und Luft und einen Sammlungsschritt
zum Sammeln des Nebels aus dem im Zerstäubungsschritt erhaltenen Fluidgemisch
ein. Bei diesem Abtrennungsverfahren wird im Auffangschritt eine
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 mit
einer Porengröße, die
Luft, jedoch nicht die im Nebel enthaltene Targetsubstanz, durchlässt, verwendet.
Bei diesem Abtrennungsverfahren wird das Fluidgemisch mit einer
ersten Oberfläche
der Luftdurchlässigkeitsmembran 51 in
Kontakt gebracht und an der ersten Oberfläche ein höherer Druck eingestellt als
ein Druck auf einer zweiten Oberfläche an der gegenüberliegenden
Seite, wodurch erreicht wird, dass die Luft im Fluidgemisch durch die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 geleitet
wird, um die gesamte Luft, die im Fluidgemisch enthalten ist, oder
einen Teil davon abzutrennen.
-
Der
Zerstäuber 1 kann
die Lösung
durch Ultraschallschwingung zu einem Nebel zerstäuben. Der Zerstäuber 1 kann
die Lösung
durch Ultraschallschwingung mit einer Frequenz von 1 MHz oder höher zu einem
Nebel zerstäuben.
-
Bei
einem Verfahren zum Abtrennen einer Lösung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann
im Sammlungsschritt das Fluidgemisch, von welchem ein Teil der Luft
durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51 abgetrennt
wurde, weiter abgekühlt werden,
um den Nebel zu aggregieren und zu sammeln. Des Weiteren kann bei
diesem Abtrennungsverfahren das Fluidgemisch, von welchem der Nebel durch
Abkühlen
und Aggregieren nach dem Abtrennen eines Teils der Luft durch die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 abgetrennt
wurde, zirkuliert und dem Zerstäuber 1 zugeführt werden.
Weiterhin kann bei dem Abtrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung
die von dem Fluidgemisch durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51 abgetrennte
Luft dem Zerstäuber 1 zugeführt werden.
-
Eine
Vorrichtung zum Abtrennen einer Lösung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung schließt
eine Zerstäubungskammer 4,
welcher eine eine Targetsubstanz enthaltende Lösung zugeführt wird, einen Zerstäuber 1 zum
Zerstäuben der
Lösung
in der Zerstäubungskammer 4 in
Luft als Nebel, um ein Fluidgemisch aus Luft und dem Nebel in der
Lösung
zu erzeugen, und eine an die Zerstäubungskammer 4 angeschlossene
Luftabtrennvorrichtung 50 zum Abtrennen von Luft von dem
Fluidgemisch ein. Eine Innenseite der Luftabtrennvorrichtung 50 ist
durch eine Luftdurchlässigkeitsmembran 51 mit
einer Porengröße, die
Luft, jedoch nicht die Targetsubstanz, durchlässt, derart unterteilt, dass
an einer Innenseite davon ein erster Durchlass 52 zum Durchleiten
des Fluidgemisches und ein zweiter Luftabgabedurchlass 53 für die Abgabe
von Luft bereitgestellt ist. Eine Zwangsluftabgabevorrichtung 54 ist
an den zweiten Luftabgabedurchlass 53 der Luftabtrennvorrichtung 50 angeschlossen.
Bei dieser Abtrennvorrichtung gibt die Zwangsluftabgabevorrichtung 54 die
Luft im zweiten Luftabgabedurchlass 53 in einer erzwungenen
Weise ab, um einen höheren
Druck an einer ersten Oberfläche
der Luftdurchlässigkeitsmembran 51 als
ein Druck an einer zweiten Oberfläche der Luftdurchlässigkeitsmembran 51 zu
erzeugen, so dass die im Fluidgemisch enthaltene Luft durch die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 durchgeleitet
werden kann, um Luft von dem durch den ersten Durchlass 52 geleiteten
Fluidgemisch abzutrennen.
-
Eine
Vorrichtung zum Abtrennen einer Lösung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
schließt
eine Zerstäubungskammer 4,
welcher eine eine Targetsubstanz enthaltende Lösung zugeführt wird, einen Zerstäuber 1 zum
Zerstäuben der
Lösung
in der Zerstäubungskammer 4 in
die Luft als Nebel, um ein Fluidgemisch aus Luft und dem Nebel in
der Lösung
zu erzeugen, und eine an die Zerstäubungskammer 4 angeschlossene
Luftabtrennvorrichtung 50 zum Abtrennen von Luft von dem
Fluidgemisch ein. Eine Innenseite der Luftabtrennvorrichtung 50 wird
durch eine Luftdurchlässigkeitsmembran 51 mit
einer Porengröße, die
Luft, jedoch nicht die Targetsubstanz, durchlässt, derart unterteilt, dass
an einer Innenseite davon ein erster Durchlass 52 zum Durchleiten
des Fluidgemisches und ein zweiter Luftabgabedurchlass 53 zur
Abgabe von Luft bereitgestellt wird. Ein Kompressor 55,
um das Fluidgemisch in der Zerstäubungskammer 4 unter
Druck zu setzen und zu liefern, ist an den ersten Durchlass 52 der
Luftabtrennvorrichtung 50 angeschlossen. Bei dieser Abtrennvorrichtung
presst der Kompressor 55 das Fluidgemisch in der Zerstäubungskammer 4 in den
ersten Durchlass 52, um einen höheren Druck an einer ersten
Oberfläche
der Luftdurchlässigkeitsmembran 51 als
der Druck an einer zweiten Oberfläche der Luftdurchlässigkeitmembran 51 zu
erzeugen, so dass die im Fluidgemisch enthaltene Luft durch die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 durchgeleitet werden
kann, um Luft von dem durch den ersten Durchlass 52 geleiteten
Fluidgemisch abzutrennen.
-
Das
vorstehend beschriebene Abtrennungsverfahren und die vorstehend
beschriebene Abtrennungsvorrichtung weisen den Vorteil auf, dass
die Lösung
effizient mit reduziertem Energieverbrauch zum Abkühlen und
dergleichen durch effizientes Sammeln des Nebels abgetrennt werden
kann, während
der Nebel effizient erzeugt wird. Der Grund dafür liegt darin, dass bei dem
vorstehend beschriebenen Abtrennungsverfahren und der vorstehend
beschriebenen Abtrennungsvorrichtung das durch den Zerstäuber erzeugte
Fluidgemisch aus Luft und dem Nebel der die Targetsubstanz enthaltenden
Lösung
mit einer ersten Oberfläche
einer Luftdurchlässigkeitsmembran
mit einer Porengröße, die
Luft, jedoch nicht die im Nebel enthaltene Targetsubstanz, durchlässt, in
Kontakt gebracht wird und ein höherer
Druck an der ersten Oberfläche
als ein Druck an einer zweiten Oberfläche an einer gegenüberliegenden
Seite erzeugt wird, womit erzielt wird, dass die Luft im Fluidgemisch durch
die Luftdurchlässigkeitsmembran
geleitet wird, um die im Fluidgemisch enthaltene Luft abzutrennen. Das
Fluidgemisch, von welchem Luft abgetrennt wurde, weist einen geringen
Luftanteil auf und enthält
die Targetsubstanz in einem übersättigten
Zustand, so dass eine hohe Konzentration der Targetsubstanz mit einer äußerst guten
Effizienz gesammelt werden kann.
-
Die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51 kann ein
Filterelement einschließen,
das durch Beschichten einer Oberfläche einer keramischen Substanz
mit Zeolith erhalten wird. Der Zerstäuber 1 kann einen Ultraschalloszillator 2 zum
Zerstäuben
der Lösung
zu einem Nebel durch Ultraschallschwingung und eine an den Ultraschalloszillator 2 angeschlossene
Ultraschallenergieversorgung 3 zum Versorgen des Ultraschall oszillators 2 mit
elektrischer Hochfrequenzenergie zur Ultraschallschwingung einschließen.
-
Bei
der Abtrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Nebel
durch Anschließen
eines beliebigen Elements aus einem Zyklon, einer Lochplatte, einer
Entnebelungsvorrichtung, einem Chevron, einem Rieselturm, einem
Sprühwäscher und
einer elektrostatischen Auffangvorrichtung an eine Auslassseite
oder eine Einlassseite der Luftabtrennvorrichtung 50 gesammelt
werden.
-
Bei
der Auftrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann zum Aggregieren
und Sammeln des Nebels aus dem Fluidgemisch an eine Auslassseite des
ersten in der Luftabtrennvorrichtung 50 bereitgestellten
Durchlasses 52 eine Sammlungskammer 5 angeschlossen
werden. Zudem kann bei der Abtrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung
in der Sammlungskammer 5 ein kühlender Wärmetauscher 33 bereitgestellt
sein und der Nebel kann durch Abkühlen des Fluidgemisches mit
dem kühlenden
Wärmetauscher 33 aggregiert
und gesammelt werden.
-
Bei
der Abtrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann an die Zerstäubungskammer 4 eine Sammlungskammer 5 angeschlossen
sein, wodurch die Luft, von welcher Luft durch die Luftabtrennvorrichtung 50 und
des Weiteren der Nebel in der Sammlungskammer 5 abgetrennt
wurden, der Zerstäubungskammer 4 zugeführt werden
kann. Zudem kann mit der Abtrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung
der zweite Luftabgabedurchlass 53 der Luftabtrennvorrichtung 50 an
die Zerstäubungskammer 4 angeschlossen
sein, wodurch die Luft, die von dem Fluidgemisch durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51 der
Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennt wurde, der Zerstäubungskammer 4 zugeführt werden
kann.
-
Des
Weiteren kann bei dem Abtrennverfahren und der Abtrennvorrichtung,
die den Nebel durch Kühlen
des Fluidgemisches, von welchem ein Teil der Luft durch die Luftdurchlässigkeitsmembran
abgetrennt wurde, aggregieren und sammeln, die Targetsubstanz effizient
mit einem reduzierten Maß an
Energieverbrauch zum Abkühlen
gesammelt werden. Der Grund dafür
liegt darin, dass das Fluidgemisch, von welchem Luft durch die Luftdurchlässigkeitsmembran
abgetrennt wurde, eine reduzierte Menge an Luft aufweist, so dass
beim Abkühlen
die Targetsubstanz effizient mit einem reduzierten Maß an Kühlung gesammelt
werden kann.
-
Weiterhin
kann bei dem Abtrennverfahren und der Abtrennvorrichtung, durch
welche das Fluidgemisch, aus welchem der Nebel durch Abkühlen und
Aggregieren nach dem Abtrennen eines Teils der Luft durch die Luftdurchlässigkeitsmembran
abgetrennt wurde, in die Zerstäubungskammer
zirkuliert wird, der Nebel effizient erzeugt werden, während der Energieverbrauch
reduziert wird. Der Grund dafür liegt
darin, dass die Lösung,
dadurch, dass das Fluidgemisch mit einem reduzierten Maß an Kühlung in die
Zerstäubungskammer
zirkuliert wird, zu einem Nebel zerstäubt werden kann, während der
Energieverbrauch zum Erwärmen
der Lösung
in der Zerstäubungskammer
reduziert wird.
-
Des
Weiteren weisen das Abtrennungsverfahren und die Abtrennvorrichtung,
bei welchen die Luft, die von dem Fluidgemisch durch die Luftdurchlässigkeitsmembran
abgetrennt wurde, der Zerstäubungskammer
zugeführt
wird, den Vorteil auf, dass die Lösung effizient zu einem Nebel
in der Zerstäubungskammer
zerstäubt
werden kann. Der Grund dafür
liegt darin, dass die von dem Fluidgemisch abgetrennte Luft keine
Targetsubstanz enthält.
Da es sich auch bei der vom Fluidgemisch durch die Luftdurchlässigkeitsmembran
abgetrennten Luft um auf eine optimale Temperatur zum Erzeugen des
Nebels in der Zerstäubungskammer
eingestellte Luft handelt, kann der Nebel effizient durch Zuführen dieser Luft
zu der Zerstäubungskammer
erzeugt werden.
-
Die
vorstehenden und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen
vollständiger
ersichtlich.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Vorrichtung zum Konzentrieren
einer Lösung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Vorrichtung zum Konzentrieren
einer Lösung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
3 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Vorrichtung zum Konzentrieren
einer Lösung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
4 ist
ein Diagramm, das schematisch eine Vorrichtung zum Konzentrieren
einer Lösung gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
5 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel für eine Ultraschallzerstäubungskammer
und einen Ultraschallzerstäuber
zeigt.
-
6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein Beispiel für
eine Anschlusskonstruktion zwischen einem Ultraschalloszillator
und einer abnehmbaren Platte zeigt.
-
7 ist
eine Draufsicht der in 6 dargestellten abnehmbaren
Platte.
-
8 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die
abnehmbare Platte an der Ultraschallzerstäubungskammer angebracht ist.
-
9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die eine Anschlusskonstruktion zwischen der abnehmbaren Platte und
der Ultraschallzerstäubungskammer,
dargestellt in 8, zeigt.
-
10 ist
eine vergrößerte Querschnittsperspektivansicht,
die ein anderes Beispiel für
eine Anschlusskonstruktion zwischen dem Ultraschalloszillator und
der abnehmbaren Platte zeigt.
-
11 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein anderes Beispiel für
eine Anschlusskonstruktion zwischen dem Ultraschalloszillator und
der abnehmbaren Platte zeigt.
-
12 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die ein anderes Beispiel für
eine Anschlusskonstruktion zwischen dem Ultraschalloszillator und
der abnehmbaren Platte zeigt.
-
13 ist
eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel zum Anordnen
der abnehmbaren Platte in der Ultraschallzerstäubungskammer zeigt.
-
14 ist
ein Diagramm, das eine absolute Ethanolmenge in Luft unter Druck
zeigt.
-
15 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel für eine Sammlungskammer
zeigt.
-
16 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein anderes Beispiel für eine Sammlungskammer
zeigt.
-
17 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein anderes Beispiel für eine Sammlungskammer
zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Eine
Vorrichtung zum Abtrennen einer Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung
zerstäubt eine
Lösung,
die ein Targetmaterial enthält,
das sich schnell zur Flüssigkeitsoberfläche bewegt
und die physikalische Eigenschaft der Oberflächenanreicherung zeigt, zu
einem Nebel und trennt dann die Lösung durch Sammeln des Nebels
ab. In der vorliegenden Erfindung sind die gelösten Stoffe und Lösungsmittel
der Lösung
nicht besonders beschränkt. Obwohl
vor allem Wasser als Lösungsmittel
in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können organische Lösungsmittel
wie Alkohol anstelle von Wasser verwendet werden. Die folgenden
Targetmaterialien enthaltenden Lösungen
können
z.B. verwendet werden.
- (1) Veredelter Sake,
Bier, Wein, Essig, Mirin (süße Sake
zum Kochen), Spirituosen, Shochu (japanische Spirituosen), Brandy,
Whisky und Likör.
- (2) Lösungen,
die einen Duftstoff, wie z.B. Pinen, Linalool, Limonen oder Polyphenole,
eine aromatische Komponente oder eine wohlriechende Komponente enthalten.
- (3) Lösungen,
die eine organische Verbindung, klassifiziert als eine beliebige
von Alkan und Cycloalkan, bei welchen es sich um einen gesättigten Kohlenwasserstoff
handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen es sich um einen
ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder eine durch deren Verknüpfung erhaltene Verbindung
enthalten.
- (4) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren eines Halogens oder von Halogenen für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alken, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (5) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Hydroxygruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alken, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (6) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Aminogruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (7) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Carbonylgruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alken, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (8) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Carboxylgruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (9) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Nitrogruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (10) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Cyanogruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (11) Eine Lösung,
die eine Substanz enthält,
die durch Substituieren einer (von) Mercaptogruppe(en) für mindestens
ein Wasserstoffatom oder eine funktionelle Gruppe einer organischen
Verbindung, klassifiziert als eine beliebige von Alkan und Cycloalkan,
bei welchen es sich um einen gesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Alken, Cycloalken und Alkin, bei welchen
es sich um einen ungesättigten
Kohlenwasserstoff handelt, Ether, Thioether und einem aromatischen
Kohlenwasserstoff, oder einer Verknüpfungsverbindung davon erhalten
wird.
- (12) Lösungen,
die eine Substanz enthalten, die durch Substituieren eines Metallions
oder von Metallionen für
mindestens ein Atom der in (3) bis (11) genannten Targetsubstanzen
erhalten wird.
- (13) Lösungen,
die eine Substanz enthalten, die durch Substituieren eines beliebigen
Moleküls oder
von beliebigen Molekülen
der in (3) bis (11) genannten Moleküle für (ein) beliebige (s) Wasserstoffatom(e),
Kohlenstoffatom(e) oder (eine) beliebige funktionelle Gruppe(n),
das/die in den vorstehend in (3) bis (11) genannten Targetsubstanzen
enthalten ist/sind, erhalten wird.
-
Die
in den vorstehenden Lösungen
enthaltenen Targetmaterialien bewegen sich schnell an die Oberfläche und
zeigen die physikalische Eigenschaft der Oberflächenanreicherung. Die Konzentrationen dieser
Targetmaterialien sind an der Oberfläche hoch. Werden die Lösungen an
der Oberfläche
zu einem Nebel zerstäubt,
weist der Nebel eine höhere Konzentration
der Targetmaterialien auf. Deshalb kann die Konzentration der Targetmaterialien
durch Aggregieren und Sammeln des Nebels höher werden. Das heißt, eine
Verbindung, die eine höhere Konzentration
des Targetmaterials enthält,
kann von der Lösung
abgetrennt werden. Obwohl der Zerstäuber zum Zerstäuben der
Lösung
an der Oberfläche zu
einem Nebel nicht besonders beschränkt ist, kann es sich bei dem
Zerstäuber
um einen, der die Lösung mit
einer Ultraschallfrequenz in Schwingung versetzt, einen, der die
Lösung
von einer Kapillare ausfließen lässt und
elektrostatisch die Lösung
an der Elektrode zerstäubt,
oder dergleichen handeln.
-
Die
folgende Beschreibung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Abtrennen einer höheren
Alkoholkonzentration von einer den Alkohol als Targetmaterial enthaltenden
Lösung
durch Erzeugen eines Nebels durch Ultraschallschwingung. Jedoch
ist in der vorliegenden Erfindung das Targetmaterial nicht auf einen
Alkohol beschränkt.
Ein beliebiges Targetmaterial, das sich schnell an die Oberfläche bewegt
und die physikalische Eigenschaft der Oberflächenanreicherung zeigt, kann
abgetrennt werden. Auch ist der eine Lösung zu einem Nebel zerstäubende Zerstäuber nicht
auf einen Zerstäuber durch
Ultraschallschwingung beschränkt.
Zum Beispiel kann ein elektrostatischer Zerstäuber oder dergleichen verwendet
werden.
-
Die
in den 1 bis 4 dargestellte Abtrennvorrichtung
schließt
eine Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 mit
einer geschlossenen Konstruktion, welcher eine Lösung zugeführt wird, einen Zerstäuber 1, 201, 301, 401 zum
Zerstäuben
der Lösung in
der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zu
einem Nebel, eine Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 zum
Abtrennen von Luft von einem Fluidgemisch aus Luft und dem in der
Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zerstäubten Nebel,
eine Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 zum
weiteren Aggregieren und Sammeln des Fluidgemisches, von welchem
ein Teil der Luft durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennt
wurde, und einen Zwangstransporter 35, 2035, 3035, 4035 zum Transportieren
des Fluidgemisches ein.
-
Die
Lösung
wird der Zerstäubungskammer 404 durch
eine Pumpe 4010 zugeführt.
Die Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zerstäubt nicht
die gesamte ihr zugeführte
Lösung
als Nebel. Der Grund dafür
liegt darin, dass beim Zerstäuben
der gesamten Lösung
und deren Sammeln in der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 die
Konzentration eines Targetmaterials, wie z.B. eines Alkohols, in
der in der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 gesammelten Lösung gleich
derjenigen der der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zugeführten Lösung ist.
Mit der der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zugeführten Lösung nimmt
die Konzentration des Targetmaterials ab, wenn die Menge der Lösung aufgrund
der Zerstäubung
zu einem Nebel abnimmt. Deshalb wird allmählich auch die Konzentration
des in dem Nebel enthaltenen Targetmaterials vermindert. Die Lösung in
der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 wird durch
eine neue Lösung
ersetzt, wenn die Konzentration des Targetmaterials abnimmt.
-
Ein
Lösung,
die das Targetmaterial z.B. in einer Konzentration von 10 bis 50
Gew.-% enthält,
wird in der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zerstäubt. Nimmt
die Konzentration des Targetmaterials ab, wird die Lösung in
der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 durch
eine neue Lösung
ersetzt. Die Lösung
wird diskontinuierlich ersetzt, d.h. mit einem Verfahren, bei dem
die Lösung
durch eine neue Lösung
zu jedem Zeitpunkt ersetzt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer
verstrichen ist. Jedoch kann ein eine Lösung aufbewahrender Vorratslösungstank 4011 an
die Zerstäubungskammer 404 über eine Pumpe 4010,
durch welche die Lösung
kontinuierlich von dem Vorratslösungstank 4011 zugeführt werden kann,
angeschlossen sein. Mit dieser Vorrichtung wird der Zerstäubungskammer 404 eine
Lösung
aus dem Vorratslösungstank 4011 zugeführt, während die
Lösung
in der Zerstäubungskammer 404 abgegeben
wird, wodurch eine Abnahme der Konzentration des Targetmaterials,
wie z.B. eines Alkohols, in der Lösung in der Zerstäubungskammer 404 verhindert wird.
Ebenso kann, wie durch einen Pfeil B in 4 dargestellt,
die Lösung
in der Zerstäubungskammer 404 nach
außen
abgegeben werden, ohne dass sie in den Vorratslösungstank 4011 zirkuliert
wird, so dass eine Abnahme der Konzentration des im Vorratslösungstank 4011 enthaltenen
Targetmaterials verhindert wird.
-
Die
Lösung
in der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 wird
durch den Zerstäuber 1, 201, 301, 401 zu
einem Nebel zerstäubt.
Der durch den Zerstäuber 1, 201, 301, 401 erzeugte
Nebel weist eine höhere
Konzentration des Targetmaterials als die Lösung auf. In diesem Fall erzeugt
der Zerstäuber 1, 201, 301, 401 einen
Nebel von der Lösung
durch Zerstäubung
und der Nebel wird aggregiert und gesammelt, wodurch eine hochkonzentrierte
Lösung
effizient abgetrennt werden kann.
-
Der
Zerstäuber 1, 201, 301, 401 schließt mehrere
Ultraschalloszillatoren 2, 202, 302, 402 und eine
Ultraschallenergieversorgung 3, 203, 303, 403, die
diese Ultraschalloszillatoren 2, 202, 302, 402 mit elektrischer
Hochfrequenzenergie versorgt, ein. Der Zerstäuber 1, 201, 301, 401 zerstäubt vorzugsweise die
Lösung
durch Ultraschallschwingung mit einer Frequenz von 1 MHz oder höher. Die
Verwendung dieses Zerstäubers 1, 201, 301, 401 weist
den Vorteil auf, dass die Lösung
zu einem aus äußerst feinen Tröpfchen gebildeten
Nebel zerstäubt
und die Lösung
mit einer höheren
Konzentration konzentriert werden kann. In der vorliegenden Erfindung
ist der Zerstäuber
nicht auf einen Zerstäuber
durch Ultraschallschwingung beschränkt; jedoch kann mit einem Zerstäuber mit
Ultraschallschwingung die Oszillationsfrequenz auf geringer als
1 MHz eingestellt werden.
-
Der
die Lösung
bei einer Ultraschallfrequenz in Schwingung versetzende Zerstäuber 1, 201, 301, 401 zerstäubt die
Lösung
von der Lösungsoberfläche W als
Nebel mit einer Konzentration, die höher als die Lösung in
der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 ist.
Wird die Lösung
einer Ultraschallschwingung ausgesetzt, erscheinen Flüssigkeitssäulen P an
der Lösungsoberfläche W. Der
Nebel wird von der Oberfläche
der Flüssigkeitssäulen P erzeugt.
Bei dem in 5 dargestellten Zerstäuber 81 sind
die Ultraschalloszillatoren 82 des Zerstäubers 81 so
angeordnet, dass sie vom Boden der mit der Lösung gefüllten Zerstäubungskammer 84 aus
nach oben gewandt sind. Die Ultraschalloszillatoren 82 emittieren
Ultraschallwellen vom Boden nach oben zu der Lösungsoberfläche W und setzen die Lösungsoberfläche W Ultraschallschwingungen
zur Erzeugung von Flüssigkeitssäulen P aus.
Die Ultraschalloszillatoren 82 emittieren Ultraschallwellen
in vertikaler Richtung.
-
Der
in den Zeichnungen dargestellte Zerstäuber 81 schließt mehrere
Ultraschalloszillatoren 82 und eine diese Ultraschalloszillatoren 82 mit
einer Ultraschallfrequenz in Schwingung versetzende Ultraschallenergieversorgung 83 ein.
Die Ultraschalloszillatoren 82 sind in einer wasserdichten
Konstruktion am Boden der Zerstäubungskammer 84 befestigt. Die
Vorrichtung, welche die Lösung
mittels der mehreren Ultraschalloszillatoren 82 bei einer
Ultraschallfrequenz in Schwingung versetzt, erzeugt effizienter einen
Nebel aus der Lösung.
-
Die
mehreren Ultraschalloszillatoren 82 sind an einer abnehmbaren
Platte 812 in einer wasserdichten Konstruktion wie in den 6 und 7 dargestellt
befestigt. Die abnehmbare Platte 812, auf welcher die mehreren
Ultraschalloszillatoren 82 befestigt sind, ist derart an
einem Gehäuse 813 der
Zerstäubungskammer 84 angebracht,
dass sie in einer wasserdichten Konstruktion, wie in den 8 und 9 gezeigt,
angebracht und abgenommen werden kann. Die abnehmbare Platte 812 ist
am Gehäuse 813 der
Zerstäubungskammer 84 angebracht,
wodurch jeder Ultraschalloszillator 82 die Lösung in
der Zerstäubungskammer 84 bei
einer Ultraschallfrequenz in Schwingung versetzt.
-
Die
in den 6 und 7 dargestellte abnehmbare Platte 812 schließt eine
vorderseitige Platte 812A und eine rückseitige Platte 812B ein.
Die vorderseitige Platte 812A und die rückseitige Platte 812B sind
derart laminiert, dass sie die Ultraschalloszillatoren 82 zwischen
der vorderseitigen Platte 812A und der rückseitigen
Platte 812B in einer wasserdichten Konstruktion sandwichförmig umfassen. Die vorderseitige
Platte 812A ist mit Durchgangsbohrungen 812a,
die sich darauf öffnen,
versehen. Die vorderseitige Platte 812A und die rückseitige
Platte 812B umfassen die Ultraschalloszillatoren 82 sandwichförmig und
fixieren sie derart, dass Oszillationsoberflächen 82A in den Durchgangsbohrungen 812a positioniert
sind. Die rückseitige
Platte 812B ist mit vertieften Teilen 812b versehen,
in welche die Ultraschalloszillatoren 82 eingepasst sind.
Bei der abnehmbaren Platte 812 von 6 sind die
vertieften Teile 812b in der rückseitigen Platte 812B bereitgestellt,
jedoch können
diese vertieften Teile in der vorderseitigen Platte bereitgestellt
sein, um die Ultraschalloszillatoren in die vertieften Teile einzupassen. Hier
in 6 stellt die Bezugsnummer 812c Durchgangsbohrungen
und die Bezugsnummer 819 einen Leitungsdraht dar.
-
Um
eine wasserdichte Konstruktion zwischen den Ultraschalloszillatoren 82 und
der vorderseitigen Platte 812A bereitzustellen, ist ein
Packelement 816 sandwichförmig zwischen den Ultraschalloszillatoren 82 und
der vorderseitigen Platte 812A platziert. Bei dem in 6 dargestellten
Zerstäuber 81 ist
auch ein anderes Packelement 816 sandwichförmig zwischen
den Ultraschalloszillatoren 82 und der rückseitigen
Platte 812B platziert, um eine wasserdichte Konstruktion
bereitzustellen. Jedoch muss bei dem Zerstäuber die wasserdichte Konstruktion nicht
immer zwischen den Ultraschalloszillatoren 82 und der rückseitigen
Platte bereitgestellt sein. Der Grund dafür liegt darin, dass, wenn eine
abnehmbare Platte eine wasserdichte Konstruktion zwischen den Ultraschalloszillatoren
und der vorderseitigen Platte bereitstellt, die Befestigung der
abnehmbaren Platte auf der unteren Oberfläche des Gehäuses der Zerstäubungskammer
ein Auslaufen der Lösung
in der Zerstäubungskammer
verhindern kann. Das Packelement 816 ist ein O-Ring, der
aus einem elastischen Gummi hergestellt ist. Das O-Ring-Packelement 816 ist
an der äußeren Peripherie
der Oszillationsoberfläche 82A der
Ultraschalloszillatoren 82 und einer dazu gegenüber liegenden
Oberfläche
der vorderseitigen Platte 812A angeordnet. Das Packelement 816 stellt eine
wasserdichte Konstruktion zwischen der Oszillationsoberfläche 82A der
Ultraschalloszillatoren 82 und der vorderseitigen Platte 812A bereit,
wodurch ein Auslaufen des Wassers daraus verhindert wird. Zudem
sind die äußere Peripherie
der Ultraschalloszillatoren 82 und die rückseitige
Platte 812B in einer wasserdichten Konstruktion verbunden.
-
Das
Packelement 816 ist ein elastischer Gummi, der aus Teflon
(registrierte Marke), Silicon, natürlichem oder synthetischem
Kautschuk oder dergleichen hergestellt ist. Die Packelemente 816 sind sandwichförmig zwischen
den Ultraschalloszillatoren 82 und der vorderseitigen Platte 812A und
zwischen den Ultraschalloszillatoren 82 und der rückseitigen Platte 812B platziert,
so dass sie elastisch verformt und zusammengedrückt werden. Folglich kommen die
Packelemente 816 ohne Lücke
in engen Kontakt mit den Oberflächen
der Ultraschalloszillatoren 82, der vorderseitigen Platte 812A und
der rückseitigen Platte 812B,
so dass eine wasserdichte Konstruktion in den Verbindungsteilen
bereitgestellt wird. Hier kann das Packelement 816 ein
ringförmiges
Metall-Packelement sein, das aus einem Metall wie Kupfer, Messing,
Aluminium oder Edelstahl hergestellt ist.
-
Bei
der in 6 und 7 dargestellten abnehmbaren
Platte 812 sind die vorderseitige Platte 812A und
die rückseitige
Platte 812B durch ein Gelenk 817 an einem Ende
von jeder Platte miteinander verbunden. Die vorderseitige Platte 812A und
die rückseitige
Platte 812B der abnehmbaren Platte 812 können geöffnet werden,
um die Ultraschalloszillatoren 82 leicht anzubringen und
abzunehmen. Sollen die Ultraschalloszillatoren 82 ersetzt
werden, werden die vorderseitige Platte 812A und die rückseitige Platte 812B geöffnet. In
diesem Zustand werden die alten Ultraschalloszillatoren entfernt
und dann neue Ultraschalloszillatoren 82 und Packelemente 816 in die
vorbestimmten Positionen gebracht.
-
Anschließend werden
die vorderseitige Platte 812A und die rückseitige Platte 812B geschlossen, wodurch
ein Ersatz der Ultraschalloszillatoren 82 erzielt wird.
Zudem sind die geschlossene rückseitige Platte 812B und
vorderseitige Platte 812A an einem Ende jeder Platte auf
der dem Gelenk 817 gegenüberliegenden Seite mit einer
Befestigungsschraube (nicht dargestellt) oder alternativ dazu durch
Befestigen am Gehäuse 813 der
Zerstäubungskammer 84 verbunden.
-
Der
vorstehende Zerstäuber 81 stellt
eine wasserdichte Konstruktion mittels des Packelements 816 bereit,
jedoch kann der Zerstäuber
eine wasserdichte Konstruktion durch Füllen der dem Packelement entsprechenden
Positionen mit einem abdichtenden Material bereitstellen. Weiterhin
ist bei dem in 6 dargestellten Zerstäuber 81 die
abnehmbare Platte 812 aus zwei Metallplatten oder harten
Nichtmetallplatten der vorderseitigen Platte 812A und der rückseitigen
Platte 812B zusammengesetzt, jedoch kann die abnehmbare
Platte 812 aus einer Platte bestehen, wie in den 10 bis 12 dargestellt
ist. Die abnehmbaren Platten 1012, 1112 und 1212 sind Metallplatten
oder harte Nichtmetallplatten. Die abnehmbaren Platten 1012, 1112 und 1212 sind
mit vertieften Teilen 1012b, 1112b darauf oder
mit geöffneten
Durchgangsbohrungen 1212a zum Anordnen von Ultraschalloszillatoren 102, 112, 122 versehen.
-
Bei
dem Zerstäuber 101 von 10 ist
der Ultraschalloszillator 102 im vertieften Teil 1012b der abnehmbaren
Platte 1012 angeordnet und sind Packelemente 1016 an
den oberen und unteren Peripherien des Ultraschalloszillators 102 angeordnet. Weiterhin
ist eine Ringplatte 1018 an einer Öffnung der abnehmbaren Platte 1012 befestigt.
Die Ringplatte 1018 drückt
das auf der oberen Oberfläche
des Ultraschalloszillators 102 angeordnete Packelement 1016 zusammen,
wodurch der Ultraschalloszillator 102 im vertieften Teil 1012b in
einer wasserdichten Konstruktion fixiert ist. Das vertiefte Teil 1012b ist
mit einer Durchgangsbohrung 1012c an seinem Boden versehen.
Ein Leitungsdraht 1019 erstreckt sich durch die Durchgangsbohrung 1012c nach
außen. Hier
in 10 stellt die Bezugsnummer 1012A eine Oszillationsoberfläche dar.
-
Bei
dem Zerstäuber 111 von 11 ist
der in dem vertieften Teil 1112b der abnehmbaren Platte 1112 angeordnete
Ultraschalloszillator 102 mit einem abdichtenden Material 1120 verbunden
und ohne die Verwendung des Dichtungselements und der Ringplatte
in einer wasserdichten Konstruktion fixiert. Bei diesem Ultraschalloszillator 102 erstreckt
sich ein Leitungsdraht 1119 durch eine durchdringende Durchgangsbohrung 1112c,
die am Boden des vertieften Teils 1112b geöffnet ist,
nach außen.
Die Durchgangsbohrung 1112c, durch welche der Leitungsdraht 1119 läuft, ist
mit dem abdichtenden Material 1120 gefüllt, wodurch eine wasserdichte
Konstruktion bereitgestellt wird, die ein Auslaufen von Wasser verhindert.
Hier in 11 stellt die Bezugsnummer 1112a eine
Oszillationsoberfläche
dar.
-
Bei
dem Zerstäuber 121 von 12 ist
die abnehmbare Platte 1212 mit einer durchdringenden Durchgangsbohrung 1212a versehen.
Der Ultraschalloszillator 122 ist an der unteren Oberfläche der abnehmbaren
Platte 1212 derart befestigt, dass eine Oszillationsoberfläche 122A unter
der Durchgangsbohrung 1212a positioniert ist. Zum Befestigen
des Ultraschalloszillators 122 an der abnehmbaren Platte 1212 ist
ein Fixierelement 1221 an der Bodenoberfläche der
abnehmbaren Platte 1212 befestigt. Der Ultraschalloszillator 122 ist
in einer wasserdichten Konstruktion an der abnehmbaren Platte 1212 über die an
den oberen und unteren Peripherien des Ultraschalloszillators 122 angeordneten
Packelemente 1216 befestigt. Das Fixierelement 1221 ist
ein abgestuftes ringförmiges
Element, das ein vertieftes Teil und ein äußeres Flanschteil aufweist
und an der abnehmbaren Platte 1212 durch Zuschrauben der
den äußeren Flanschteil
in der abnehmbaren Platte 1212 durchdringenden Fixierschrauben 1222 befestigt ist. Das
Fixierelement 1221 drückt
das an der unteren Oberfläche
des Ultraschalloszillators 122 angeordnete Packelement 1216 durch
den Boden des vertieften Teils zusammen, wodurch der Ultraschalloszillator 122 an
der abnehmbaren Platte 1212 in einer wasserdichten Konstruktion
befestigt ist. Das Fixierelement 1221 ist am Boden des
vertieften Teils mit einer Durchgangsbohrung 1221a versehen.
Ein Leitungsdraht 1219 erstreckt sich durch die Durchgangsbohrung 1221a nach
außen.
-
8 und 9 sind
Ansichten des an der Zerstäubungskammer 84 befestigten
Zerstäubers 81.
Die in diesen Figuren dargestellte Zerstäubungskammer 84 ist
an der Bodenoberfläche
des Gehäuses 813 mit Öffnungen 813A versehen.
Die abnehmbare Platte 812 ist derart befestigt, dass die Öffnungen 813A in
einer wasserdichten Konstruktion geschlossen sind. Die abnehmbare
Platte 812 ist in einer wasserdichten Konstruktion über ein
Packelement 823 am Gehäuse 813 befestigt.
Metall-Fixierelemente 824 sind an der Bodenoberfläche des
Gehäuses 813 befestigt,
um die abnehmbare Platte 812 daran zu befestigen. Die Metall-Fixierelemente 824 sind
in einer L-Form gestaltet. Fixierschrauben 825, die die
Fixierelemente 824 durchdringen, pressen und fixieren die
abnehmbare Platte 812 an das Gehäuse 813 der Zerstäubungskammer 84.
Die an der Zerstäubungskammer 84 in
dieser Konstruktion befestigten mehreren Ultraschalloszillatoren 82 versetzen
die Lösung
von der Bodenoberfläche
des Gehäuses 813 nach
oben zu der oberen Oberfläche
bei einer Ultraschallfrequenz in Schwingung. Die abnehmbare Platte 812 ist
abnehmbar an der Bodenoberfläche
des Gehäuses 813 der
Zerstäubungskammer 84 montiert,
so dass die Öffnungen 813A verschlossen sind.
-
Eine
abnehmbare Platte kann in die Lösung in
einer Zerstäubungskammer 134 getaucht
werden, um die Lösung
bei einer Ultraschallfrequenz wie in 13 dargestellt
in Schwingung zu versetzen. Diese Konstruktion erleichtert die Platzierung
einer abnehmbaren Platte 1312 an der Zerstäubungskammer 134 in
abnehmbarer Weise. Bei einem in die Lösung tauchenden Zerstäuber 131 ist
der Ultraschalloszillator mit Ausnahme seiner Oszillationsoberfläche in einer
wasserdichten Konstruktion an der abnehmbaren Platte 1312 befestigt,
wie z.B. in einer in 11 dargestellten Konstruktion.
Hier in 13 stellt die Bezugsnummer 133 eine
Ultraschallenergieversorgung dar.
-
Erwärmt der
Ultraschalloszillator 2, 202, 302, 402 oder
die Ultraschallenergieversorgung 3 die Lösung in
der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 auf
eine hohe Temperatur, kann sich die Qualität verschlechtern. Ein Zwangsabkühlen des
Ultraschalloszillators 2, 202, 302, 402 kann
dieses Problem lösen. Weiterhin
wird auch die Ultraschallenergieversorgung 3, 203, 303, 403 vorzugsweise
gekühlt.
Die Ultraschallenergieversorgung 3, 203, 303, 403 erwärmt die
Lösung
nicht direkt, sondern erwärmt
deren Umgebung, um dadurch die Lösung
indirekt zu erwärmen.
Der Ultraschalloszillator 2, 202, 302, 402 und die
Ultraschallenergieversorgung 3 können durch Anordnen einer Kühlleitung
in einem thermisch gekoppelten Zustand, nämlich durch Anordnen einer kontaktierenden
Kühlleitung,
gekühlt
werden. Die Kühlleitung
kühlt den
Ultraschalloszillator und die Ultraschallenergieversorgung ab, indem
ein (e) durch einen Kühler
gekühlte
(s) Flüssigkeit
oder Kühlmittel oder
Kühlwasser
wie Grundwasser oder Leitungswasser hindurchläuft.
-
Weiterhin
schließt
die in 4 dargestellte Abtrennvorrichtung einen Temperatursteuermechanismus 4075 zum
Steuern der Temperatur der Lösung
in der Zerstäubungskammer 404 ein.
Der Temperatursteuermechanismus 4075 umfasst einen Kühler 4076 zum
Kühlen
der Lösung
derart, dass die Temperatur der Lösung eine vorbestimmte Temperatur
ist. Dieser Temperatursteuermechanismus 4075 misst die
Temperatur der in der Zerstäubungskammer 404 aufbewahrten
Lösung
mittels eines Temperaturfühlers 4077 und
steuert den Kühler 4076 derart, dass
die Temperatur der Lösung
auf nicht höher
als 30 °C
gehalten wird. Folglich kann die Abtrennvorrichtung, die die Temperatur
der Lösung
mittels des Temperaturkontrollmechanismus 4075 steuert,
die Löslichkeit
von Bläschen,
die von dem Bläschenerzeuger 4028 zugeführt werden,
erhöhen.
-
Die
Temperatur der Lösung
beeinflusst die Effizienz des Zerstäubens der Lösung zu einem Nebel mittels
Ultraschallschwingung. Sinkt die Temperatur der Lösung, nimmt
die Effizienz des Zerstäubens
der Lösung
zu einem Nebel ab. Sinkt die Temperatur der Lösung, wird die Verschlechterung
der Produktqualität
geringer. Ist jedoch die Temperatur der Lösung gering, vermindert sich
die Effizienz des Zerstäubens
der Lösung
zu einem Nebel, so dass die Temperatur der Lösung auf eine Temperatur eingestellt
wird, bei welcher die Lösung
effizient zu einem Nebel zerstäubt
werden kann, während
die sich mit der Temperatur ändernde
Eigenschaft der Targetsubstanz berücksichtigt wird. Eine Targetsubstanz,
die sogar bei einer hohen Temperatur die Produktqualität nicht
verschlechtert oder ein Problem aufwirft, kann durch Erhöhen der
Temperatur der Lösung
leicht zu einem Nebel zerstäubt
werden.
-
Des
Weiteren wird mit der in 4 dargestellten Abtrennvorrichtung
Luft von einem Blasmechanismus 4027 zu einer Flüssigkeitssäule P, die
an der Lösungsoberfläche W durch
Ultraschallschwingung in der Zerstäubungskammer 404 erzeugt
wurde, geblasen. Der in dieser Figur dargestellte Blasmechanismus 4027 ist
zum Blasen von Luft durch die Flüssigkeitssäule P mit
einem Ventilator 4029 versehen. Folglich weist die Abtrennvorrichtung,
die Luft in die Flüssigkeitssäule P mit
dem Blasmechanismus 4027 bläst, den Vorteil auf, dass die
Lösung
von der Oberfläche
der Flüssigkeitssäule P effizient
zu einem Nebel zerstäubt
werden kann. Jedoch muss die Abtrennvorrichtung der vorliegenden
Erfindung nicht immer mit einem Blasmechanismus zum Blasen von Luft
zu der Flüssigkeitssäule versehen
sein, wie in den 1 bis 3 dargestellt.
-
Die
Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 trennt
Luft von dem von der Zerstäubungskammer 4 zugeführten Fluidgemisch
ab. Eine Innenseite dieser Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 ist
mit einer Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 in
einen ersten Durchlass 52, 2052, 3052, 4052 und
einen zweiten Luftabgabedurchlass 53, 2053, 3053, 4053 unterteilt.
Der erste Durchlass 52, 2052, 3052, 4052 ist
zum Durchleiten des Fluidgemisches an den Zerstäuber 1, 201, 301, 401 angeschlossen.
Der zweite Luftabgabedurchlass 53, 2053, 3053, 4053 gibt
die Luft ab, die von dem Fluidgemisch abgetrennt wird, indem sie
durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 geleitet
wird.
-
Die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 leitet
nur Luft und nicht die Targetsubstanz durch. Deshalb handelt es
sich bei der hier zu verwendenden Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 um
ein Molekularsieb, das eine Membran mit einer Porengröße, die
Luft, jedoch nicht die Targetsubstanz, durchlässt, darstellt. Luft besteht aus
etwa 80 % Stickstoff und 20 Sauerstoff. Deshalb ist die
Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 eine
Membran mit einer Porengröße, die
Stickstoff und Sauerstoff durchlässt.
Die Porengröße dieser
Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 beträgt vorzugsweise
0,4 nm bis 0,5 nm. Die Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 lässt die
Luft durch, die aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, die kleiner
als eine Porengröße sind,
lässt jedoch
die Targetsubstanz, wie z.B. Ethanol, die größer als die Porengröße ist,
nicht durch. Die vorstehende Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 mit
einer Porengröße wird
z.B. durch Beschichten einer Oberfläche einer keramischen Substanz
mit Zeolith hergestellt.
-
Der
erste Durchlass 52, 2052, 3052, 4052 der
Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 ist an
die Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 angeschlossen,
um das Fluidgemisch mit der ersten Oberfläche der Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 in
Kontakt zu bringen. Des Weiteren ist bei der Vorrichtung der 1, 3 und 4 der zweite
Luftabgabedurchlass 53, 2053, 3053, 4053 an eine
Zwangsluftabgabevorrichtung 54, 3054, 4054 angeschlossen
und ist bei der Vorrichtung von 2 der erste
Durchlass 2052 an einen Kompressor 2055 angeschlossen,
so dass auf der ersten Oberfläche ein
höherer
Druck als auf der ihr gegenüberliegenden zweiten
Oberfläche
erzeugt wird. Folglich wird die Luft im Fluidgemisch durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 2051, 3051, 4051 durchgelassen,
um einen Teil der oder die gesamte Luft im Fluidgemisch abzutrennen.
-
Bei
der Zwangsluftabgabevorrichtung 54, 3054, 4054 handelt
es sich um eine Saugpumpe, wie z.B. eine Vakuumpumpe, die Luft in
einer erzwungenen Weise ansaugt und abgibt. Die Saugseite der Zwangsluftabgabevorrichtung 54, 3054, 4054 ist
an den zweiten Luftabgabedurchlass 53, 3053, 4053 angeschlossen,
um die Luft in dem zweiten Luftabgabedurchlass 53, 3053, 4053 erzwingbar
abzugeben. Der zweite Luftabgabedurchlass 53, 3053, 4053,
aus dem die Luft abgegeben wird, weist einen geringeren Druck als
Atmosphärendruck
und damit einen geringeren Druck als der erste Durchlass 52, 3052, 4052 auf.
Mit anderen Worten ist der Druck im ersten Durchlass 52, 3052, 4052 höher als
der Druck im zweiten Luftabgabedurchlass 53, 3053, 4053.
Wird das System in diesen Zustand versetzt, wird die im Fluidgemisch
enthaltene Luft durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 51, 3051, 4051 durchgelassen,
damit sie vom ersten Durchlass 52, 3052, 4052 zum zweiten
Luftabgabedurchlass 53, 3053, 4053 geleitet wird,
um dadurch von dem Fluidgemisch abgetrennt zu werden.
-
Bei
der Vorrichtung von 2 presst der Kompressor 2055 das
Fluidgemisch in den ersten Durchlass 2052. Die Saugseite
des Kompressors 2055 ist an die Zerstäubungskammer 204 angeschlossen.
Der zweite Luftabgabedurchlass 2053 ist zu der umgebenden
Atmosphäre
hin geöffnet.
Jedoch kann eine Zwangsluftabgabevorrichtung an den zweiten Luftabgabedurchlass
angeschlossen sein, um den Druck des zweiten Luftabgabedurchlasses auf
Atmosphärendruck
oder darunter zu reduzieren. Der Kompressor 2055 setzt
das Fluidgemisch derart unter Druck, dass es einen gleichen oder
höheren Druck
als Atmosphärendruck
aufweist, und presst das Fluidgemisch in den ersten Durchlass 2052,
wodurch im ersten Durchlass 2052 ein höherer Druck als der Druck im
zweiten Luftabgabedurchlass 2053 erzeugt wird. In diesem
Zustand wird die im Fluidgemisch enthaltene Luft durch einen Druckunterschied zwischen
der ersten Oberfläche
und der zweiten Oberfläche
durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 2051 durchgelassen.
Die durch die Luftdurchlässigkeitsmembran 2051 gelassene
Luft wird vom ersten Durchlass 2052 zum zweiten Luftabgabedurchlass 2053 transportiert,
um dadurch von dem Fluidgemisch abgetrennt zu werden. Diese Konstruktion kann
den Druckunterschied zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der
Luftdurchlässigkeitsmembran 2051 erhöhen. Daher
kann die Luft im Fluidgemisch schnell abgetrennt werden. Der Grund
dafür liegt
darin, dass der Kompressor 2055 das Fluidgemisch durch
einen hohen Druck in den ersten Durchlass 2052 pressen
kann.
-
Des
Weiteren ist bei der Vorrichtung von 2 die Saugseite
des Kompressors 2055 über eine
zuvor bereitgestellte Sammlungskammer 2060 an die Zerstäubungskammer 204 angeschlossen. Bei
der Abtrennvorrichtung kann ein beliebiges Element aus einem Zyklon,
einer Lochplatte, einer Entnebelungsvorrichtung, einem Chevron,
einem Rieselturm, einem Sprühwäscher und
einer elektrostatischen Auffangvorrichtung als die zuvor bereitgestellte Sammlungskammer 2060 zum
Sammeln des Nebels angeschlossen sein. Bei der Abtrennvorrichtung von 2 ist
ein derartiger Mechanismus zwischen der Luftabtrennvorrichtung 2050 und
der Zerstäubungskammer 204 angeordnet,
um als die zuvor bereitgestellte Sammlungskammer 2060 zu
dienen. Bei dieser Vorrichtung wird das Fluidgemisch, von welchem
ein Teil des Nebels in der zuvor bereitgestellten Sammlungskammer 2060 gesammelt
wurde, der Luftabtrennvorrichtung 2050 zugeführt. Jedoch
kann bei der Abtrennvorrichtung eine beliebige Vorrichtung aus einem
Zyklon, einer Lochplatte, einer Entnebelungsvorrichtung, einem Chevron,
einem Rieselturm, einem Sprühwäscher und
einer elektrostatischen Auffangvorrichtung zwischen der Luftabtrennvorrichtung
und der Sammlungskammer zum Sammeln des Nebels angeschlossen sein,
obwohl dies in den Zeichnungen nicht veranschaulicht ist.
-
Bei
der durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennten
Luft handelt es sich um Luft, die keine Targetsubstanz enthält. Bei
der Vorrichtung von 1 wird die durch die Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennte
Luft der Zerstäubungskammer 4 zugeführt. Bei
der Vorrichtung, in welcher die durch die Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennte Luft
der Zerstäubungskammer 4 zugeführt wird,
kann der Nebel durch Zerstäubung
in der Zerstäubungskammer 4 effizient
erzeugt werden. Der Grund dafür liegt
darin, dass die von dem Fluidgemisch durch die Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennte
Luft keine Targetsubstanz enthält.
Auch kann, da es sich bei der durch die Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennten Luft
um Luft handelt, die auf eine optimale Temperatur zum Erzeugen des
Nebels in der Zerstäubungskammer 4 eingestellt
ist, der Nebel durch Zuführen dieser
Luft zu der Zerstäubungskammer 4 effizient erzeugt
werden.
-
Das
Fluidgemisch, von welchem Luft durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennt
wurde, weist einen geringeren Luftanteil, d.h. einen größeren Nebelanteil
in Bezug auf Luft auf, so dass die Targetsubstanz des Nebels in übersättigtem
Zustand vorliegt. Deshalb kann der Nebel effizient in der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 gesammelt
werden. Da Luft von dem Fluidgemisch durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennt
wird, weist das der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 zugeführte Fluidgemisch
einen geringeren Luftanteil als das von der Zerstäubungskammer 4, 203, 304, 404 abgegebene
Fluidgemisch auf.
-
Das
Fluidgemisch, von welchem ein Teil der Luft durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennt
wurde, wird zu der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 transportiert.
Das Fluidgemisch wird der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 durch einen
Zwangstransporter 35, 2035, 3035, 4035,
der aus einer Blasvorrichtung oder einem Kompressor besteht, zugeführt. Der
Zwangstransporter 35, 2035, 3035, 4035 ist
zwischen der Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 und
der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 angeschlossen,
so dass das Fluidgemisch von der Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 der
Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 zugeführt wird.
Der Zwangstransporter 35, 2035, 3035, 4035 absorbiert
das Fluidgemisch, von welchem ein Teil der Luft durch die Luftabtrennvorrichtung 50, 2050, 3050, 4050 abgetrennt
wurde, und führt
das absorbierte Fluidgemisch der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 zu.
-
Bei
der in 3 und 4 vorgestellten Vorrichtung
wird ein Kompressor 3035A, 4035A als Zwangstransporter 3035, 4035 verwendet.
Wird der Kompressor 3035A, 4035A als Zwangstransporter 3035, 4035 verwendet,
kann das Fluidgemisch der Sammlungskammer 305, 405 zugeführt werden,
indem es auf einen höheren
Druck als Atmosphärendruck
komprimiert wird. Bei dieser Abtrennvorrichtung wird in der Sammlungskammer 305, 405 ein niedrigerer
Sättigungsdampfpartialdruck
der Targetsubstanz in der Gasphase als ihr Sättigungsdampfpartialdruck unter
Atmosphärendruck
erzeugt, wodurch der Nebel effizienter angesammelt und gesammelt
werden kann.
-
Der
zu verwendende Kompressor 3035A, 4035A kann ein
Kompressor vom Kolbentyp, ein Kompressor vom Rotationstyp, ein Kompressor
vom Diaphragmatyp, ein Kompressor vom Rischormtyp oder dergleichen
sein. Der zu verwendende Kompressor 3035A, 4035A ist
vorzugsweise von einem Typ, der das Fluidgemisch durch Komprimieren
des Fluidgemisches auf 0,2 bis 1 MPa transportieren kann.
-
Bei
der Vorrichtung, die den Druck in der Sammlungskammer 305, 405 unter
Verwendung des Kompressors 3035A, 4035A als Zwangstransporter 3035, 4035 erhöht, ist
ein Drosselventil 3036, 4036 an einer Auslassseite
der Sammlungskammer 305, 405 angeschlossen. Ist
jedoch die Fließgeschwindigkeit
des der Sammlungskammer durch den Kompressor zugeführten Fluidgemisches
hoch, muss das Drosselventil nicht immer an der Auslassseite der Sammlungskammer
bereitgestellt sein. Der Grund dafür liegt darin, dass der Kompressor
bei einem großen
Durchlasswiderstand an der Auslassseite der Sammlungskammer der
Sammlungskammer zum Erzeugen eines höheren Drucks in der Sammlungskammer
als Atmosphärendruck
eine große
Menge des Fluidgemisches zuführen
kann. Ist jedoch das Drosselventil an der Auslassseite der Sammlungskammer
angeschlossen, kann in der Sammlungskammer effizient ein höherer Druck
als Atmosphärendruck
erzeugt werden. Das Drosselventil 3036, 4036 erhöht den Druck
in der Sammlungskammer 305, 405 durch Erhöhen des
Durchlasswiderstands des von der Sammlungskammer 305, 405 abgegebenen Fluidgemisches.
Bei dem zu verwendenden Drosselventil 3036, 4036 kann
es sich um ein Ventil, das den Durchlasswiderstand des Fluidgemisches
durch Einstellen des Öffnungsgrads
einstellen kann, eine Leitung, die aus einer engen Leitung wie einem
Kapillarrohr besteht, um den Durchlasswiderstand des Fluidgemisches
zu erhöhen,
oder eine Leitung, die mit einem widerstandbietenden Material gefüllt ist,
das den Durchlasswiderstand des Fluidgemisches erhöht, oder
dergleichen handeln. Dementsprechend gilt, dass der Druck in der
Sammlungskammer 305, 405 höher ist, wenn das Drosselventil 3036, 4036 einen größeren Durchlasswiderstand
erzeugt.
-
14 zeigt
einen Zustand, in welchem die Ethanolmenge der in Luft enthaltenen
Targetsubstanz, die ein Fluidgemisch ist, entsprechend abnimmt,
wenn der Druck in der Sammlungskammer auf höher als Atmosphärendruck
erhöht
wird. Wie es aus diesem Diagramm ersichtlich ist, kann die Luft des
Fluidgemisches eine entsprechend größere Ethanolmenge im Gaszustand
enthalten, wenn die Temperatur höher
wird. Wird jedoch der Druck höher, nimmt
die Ethanolmenge, die im Gaszustand enthalten sein kann, schnell
ab. Zum Beispiel nimmt bei einer Temperatur von 30 °C die Ethanolmenge,
die in trockener Luft enthalten sein kann, deutlich auf etwa 1/5
ab, wenn der Druck von 0,1 MPa, welches Atmosphärendruck darstellt, auf 0,5
MPa erhöht
wird. Nimmt die maximale Ethanolmenge, die in einem Gaszustand enthalten
sein kann, ab, liegt eine größere Ethanolmenge
als die maximale Ethanolmenge im Zustand eines übersättigten Nebels vor und kann
effizient gesammelt werden. Das in einem Gaszustand enthaltene Ethanol
kann nicht aggregiert und gesammelt werden, wenn es nicht zu einem
Nebel geworden ist. Selbst dann, wenn eine Ultraschallschwingung
die Targetsubstanz zu einem Nebelzustand zerstäubt, kann die Targetsubstanz
nicht aggregiert und gesammelt werden, wenn der Nebel in einen Gaszustand
verdampft. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Targetsubstanz,
die durch Ultraschallschwingung zu einem Nebel geworden ist, in
einem Nebelzustand ohne Verdampfen des Nebels zu sammeln. Selbst dann,
wenn der Nebel verdampft, kann der Nebel wieder in einen übersättigten
Zustand verflüssigt
und gesammelt werden. Das heißt,
zum effizienten Sammeln der Targetsubstanz ist es wichtig, dass
die Targetsubstanz, nachdem sie zu einem Nebel geworden ist, zu
dem Fluidgemisch in einer Menge so gering wie möglich verdampft. Die vorliegende
Erfindung erhöht
den Druck des den Nebel enthaltenden Fluidgemisches auf höher als
Atmosphärendruck
zum Reduzieren des Sättigungs dampfpartialdrucks
der Targetsubstanz, wodurch die im Fluidgemisch enthaltene Targetsubstanz
effizient nicht in einem Gaszustand, sondern in einem Nebelzustand
gesammelt wird. Der Sättigungsdampfpartialdruck
kann durch Kühlen
des Fluidgemisches reduziert werden, jedoch weist das Druckverfahren
das Merkmal auf, dass der Kompressor den Sättigungsdampfpartialdruck effizient
und äußerst leicht
mit geringem Energieverbrauch senken kann. Des Weiteren kann eine
Beaufschlagung mit Druck unter Abkühlen den Sättigungsdampfpartialdruck der
Targetsubstanz weiter reduzieren, wodurch die Targetsubstanz effizienter
gesammelt werden kann.
-
Komprimiert
der Kompressor 3035A, 4035A das Fluidgemisch,
erfährt
das Fluidgemisch eine adibatische Kompression unter Erzeugung von
Wärme. Auch
erfährt
das Fluidgemisch beim Leiten des Fluidgemischs durch das Drosselventil 3036, 4036 eine adiabatische
Ausdehnung, wodurch es abgekühlt wird.
Das vom Kompressor 3035A, 4035A der Sammlungskammer 305, 405 zugeführte Fluidgemisch
wird vorzugsweise derart gekühlt,
dass der Nebel effizient gesammelt wird. Deshalb ist die Sammlungseffizienz
schlecht, wenn Wärme
erzeugt wird. Zur Verringerung dieses Problems ist die in 3 dargestellte
Vorrichtung mit einem Wärme
abgebenden Wärmetauscher 3037 zum
Austausch von Wärme
zwischen einem Teil an der Auslassseite des Drosselventils 3036 und
einem Teil an der Auslassseite des Kompressors 3035A und
an der Einlassseite der Sammlungskammer 305 versehen. Mit
dem durch adiabatische Ausdehnung an der Auslassseite des Drosselventils 3036 abgekühlten Fluidgemisch kühlt der
Wärme abgebende
Wärmetauscher 3037 das
durch adiabatische Kompression durch den Kompressor 3035A erwärmte Fluidgemisch
ab.
-
Der
Wärme abgebende
Wärmetauscher 3037 zirkuliert
ein Kühlmittel
im Innern einer Zirkulationsleitung 3038. Ein Ende der
Zirkulationsleitung 3038 ist thermisch mit der Auslassseite
des Drosselventils 3036 gekoppelt und das andere Ende der
Zirkulationsleitung 3038 ist thermisch mit der Auslassseite
des Kompressors 3035A gekoppelt. Das in der Zirkulationsleitung 3038 zirkulierende
Kühlmittel
wird an der Auslassseite des Drosselventils 3036 gekühlt. Das
hier gekühlte
Kühlmittel
kühlt die
Auslassseite des Kompressors 3035A. Obwohl nicht in den
Zeichnungen veranschaulicht, weist der thermisch gekoppelte Teil
der Zirkulationsleitung 3038 eine Doppelleitungskonstruktion
auf, so dass eine thermische Kopplung zwischen dem Fluidgemisch
und dem Kühlmittel
erzielt wird.
-
Des
Weiteren ist die in 3 dargestellte Vorrichtung mit
einem zweiten Wärme
abgebenden Wärmetauscher 3039 versehen,
welche die Auslassseite des Drosselventils 3036 mit einem
den kühlenden
Wärmetauscher 3033 kühlenden
Kühler 3040 verbindet.
Dieser zweite Wärme
abgebende Wärmetauscher 3039 weist
dieselbe Konstruktion wie der vorstehend genannte Wärme abgebende
Wärmetauscher 3037 auf
und kühlt
das Kühlmittel
an der Auslassseite des Drosselventils 3036. Das gekühlte Kühlmittel
kühlt den
Kühler 3040,
um das im Inneren des Kühlers 3040 zirkulierende
Kühlmittel
zu verflüssigen.
-
Bei
den in 2-4 dargestellten Vorrichtungen
sind die Zerstäubungskammer 204, 304, 404,
die Luftabtrennvorrichtung 2050, 3050, 4050 und
die Sammlungskammer 205, 305, 405 an
einen Zirkulationskanal 2030, 3030, 4030 angeschlossen; so
dass das Fluidgemisch durch die Zerstäubungskammer 204, 304, 404 und
die Sammlungskammer 205, 305, 405 zirkuliert.
Bei der Vorrichtung von 1 sind die Auslassseite der
Zerstäubungskammer 4,
die Luftabtrennvorrichtung 50 und die Einlassseite der
Sammlungskammer 5 an den Zirkulationskanal angeschlossen,
jedoch sind die Auslassseite der Sammlungskammer 5 und
die Einlassseite der Zerstäubungskammer 4 nicht
an einen Zirkulationskanal angeschlossen. Bei dieser Vorrichtung
wird die durch die Luftabtrennvorrichtung 50 abgetrennte
Luft in die Zerstäubungskammer 4 zirkuliert.
-
Die
in 1-4 dargestellte Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 beinhaltet
einen kühlenden Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 zum
Kühlen und
Aggregieren des Nebels. In dem kühlenden
Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 ist
eine Rippe (nicht veranschaulicht) an der Wärmeaustauschleitung 34, 2034, 3034, 4034 befestigt.
Durch Zirkulieren eines Kühlmittels
oder von Kühlwasser
in der Wärmeaustauschleitung 34, 2034, 3034, 4034 wird der
kühlende
Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 gekühlt. Ein
Teil des in der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zerstäubten Nebels
wird zu Gas verdampft. Das Gas wird durch den kühlenden Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 der
Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 gekühlt und
kondensiert und aggregiert, um gesammelt zu werden. Der in die Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 fließende Nebel
kollidiert mit dem kühlenden
Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 oder
kollidiert miteinander unter Bildung einer großen Aggregation oder kollidiert
mit der Rippe oder dergleichen des kühlenden Wärmetauschers 33, 2033, 3033, 4033 unter
Bildung einer großen
Aggregation, die als Lösung
gesammelt werden soll. Die Luft, von welcher der Nebel und das Gas
durch den kühlenden
Wärmetauscher 33, 2033, 3033, 4033 aggregiert
und gesammelt wurden, wird über
den Zirkulationskanal 30, 2030, 3030, 4030 zurück zur Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 zirkuliert.
-
Zum
schnelleren Sammeln des Nebels in der Sammlungskammer ist die Sammlungskammer 155 in 5 mit
Düsen 156 versehen,
die die Lösung
zerstreuen. Die Düsen 156 sind über eine
Zirkulationspumpe 1515 an den unteren Teil der Sammlungskammer 155 angeschlossen.
Die Zirkulationspumpe 1515 saugt die in der Sammlungskammer 155 gesammelte
Lösung
ab und sprüht
die abgesaugte Lösung
durch die Düsen 156.
-
Bei
der in 15 dargestellten Abtrennvorrichtung
sind die Düsen 156 im
oberen Teil der Sammlungskammer 155 angeordnet. Die Düsen 156 im
oberen Teil sprühen
die Lösung
nach unten. Die durch die Düsen 156 gesprühte Lösung besteht
aus Wassertröpfchen,
die in ausreichendem Maße
größer als
die Tröpfchen
des durch den Zerstäuber
zerstäubten
Nebels sind und schnell in das Innere der Sammlungskammer 155 fallen.
Beim Herabfallen kollidieren die Wassertröpfchen mit dem im Inneren der
Sammlungskammer 155 fließenden Nebel und fallen. während des
Sammelns des Nebels herab. Deshalb kann der in der Sammlungskammer 155 fließende Nebel
schnell und effizient gesammelt werden.
-
Bei
der in 15 dargestellten Abtrennvorrichtung
sind die Düsen 156 im
oberen Teil angeordnet, jedoch können
die Düsen
auch im unteren Teil der Sammlungskammer angeordnet sein. Die Düsen im unteren
Teil sprühen
die Lösung
nach oben. Diese Düsen
sprühen
die Lösung
mit einer Geschwindigkeit, welche die Lösung mit der Decke der Sammlungskammer
kollidieren lässt,
oder mit einer Geschwindigkeit, die die Lösung in die Nähe der Decke anhebt.
Die zum Anheben in die Nähe
der Decke gesprühte
Lösung
verändert
ihre Richtung in der Nähe der
Decke nach unten und fällt
herab. Deshalb kommt die versprühte
Lösung
beim Aufsteigen und beim Herabfallen in Kontakt mit dem Nebel, wodurch der
Nebel effizient gesammelt wird.
-
Mehrere
Lagen Baffle-Platten 167 sind im Inneren der Sammlungskammer 165 von 16 bereitgestellt.
Jede Prallplatte 167 ist von benachbarten Baffle-Platten 167 mit
einer Lücke,
durch welche der Nebel geleitet werden kann, auf Abstand gehalten und
in einer vertikalen Position angeordnet. Der Nebel kollidiert mit
der Oberfläche
der Baffle-Platten 167, um eine Lösung zu erzeugen, und durch
die vertikalen Baffle-Platten 167 kann die anhaftende Lösung in
einer natürlichen
Weise herabfließen,
um gesammelt zu werden. Die Baffle-Platten 167 in 16 weisen
eine unebene Oberfläche
auf, wodurch der Nebel mit der Oberfläche effizienter in Kontakt kommt,
um gesammelt zu werden.
-
Weiterhin
ist ein Ventilator 169, der den Nebel in erzwungener Weise
bläst und
rührt,
in der Sammlungskammer 165 von 16 bereitgestellt. Der
Ventilator 169 rührt
den Nebel in der Sammlungskammer 165. Die Tröpfchen des
gerührten
Nebels kollidieren miteinander und sammeln sich an oder kollidieren
mit der Oberfläche
der Baffle-Platten 167 und sammeln sich an. Der angesammelte
Nebel fällt
schnell herab und wird gesammelt. Der Ventilator 169 in 16 bläst den Nebel
der Sammlungskammer 165 zur Zirkulation nach unten.
-
Weiterhin
ist ein Nebeloszillator 178 zum Oszillieren des Nebels,
um die Wahrscheinlichkeit von gegenseitigen Kollisionen zu erhöhen, in
der Sammlungskammer 175 von 17 bereitgestellt.
Der Nebeloszillator 178 schließt einen elektromechanischen Schwingungskonverter,
der das Gas der Sammlungskammer 175 in Schwingung versetzt,
und eine den elektromechanischen Schwingungskonverter antreibende
Schwingungsergieversorgung ein. Der elektromechanische Schwingungskonverter
ist ein Lautsprecher zum Emittieren eines Schalls mit einer hörbaren Frequenz,
ein Ultraschalloszillator zum Emittieren von Ultraschallwellen mit
einer höheren Frequenz
als eine hörbare
Frequenz oder dergleichen. Damit der elektromechanische Schwingungskonverter
den Nebel effizient in Schwingung versetzen kann, wird die vom elektromechanischen Schwingungskonverter
emittierte Schwingung in der Sammlungskammer 175 in Resonanz
versetzt. Zum Erzielen dieser Resonanz versetzt der elektromechanische
Schwingungskonverter den Nebel bei einer Frequenz in Schwingung,
die sich in der Sammlungskammer 175 in Resonanz befindet.
Mit anderen Worten ist die Sammlungskammer 175 so konstruiert, dass
sie eine Form aufweist, die eine Resonanz mit der von dem elektromechanischen
Schwingungskonverter emittierten Schwingung ergibt.
-
Ultraschallwellen
umfassen hohe Frequenzen oberhalb der hörbaren Frequenz für Menschen und
sind mit den Ohren nicht hörbar.
Aus diesem Grund besteht bei dem Ultraschallwellen aussendenden
Nebeloszillator 178 sogar dann, wenn das Gas in der Sammlungskammer 175 intensiv
in Schwingung versetzt wird, mit anderen Worten sogar dann, wenn die
Ausgabeleistung des elektromechanischen Schwingungskonverters sehr
hoch ist, durch den Nebeloszillator für den Menschen durch den Schall
keine Beeinträchtigung.
Deshalb weisen Ultraschallwellen den Vorteil auf, dass der Nebel
intensiv in Schwingung versetzt werden kann und die Tröpfchen des Nebels
miteinander effizienter kollidieren, um schnell gesammelt zu werden.
-
Bei
der vorstehend beschriebenen Abtrennvorrichtung ist eine den Nebel
effizient aggregierende Vorrichtung in der Sammlungskammer derart
angeordnet, dass der Nebel schneller aggregiert werden kann, um
eine Lösung
mit einer hohen Konzentration herzustellen. Des Weiteren, obwohl
nicht veranschaulicht, kann die Abtrennvorrichtung der vorliegenden
Erfindung in der Sammlungskammer alle die Lösung versprühenden Düsen, den den Nebel rührenden
Ventilator und den den Nebel in Schwingung versetzenden Oszillator
beinhalten, um den Nebel am effizientesten zu aggregieren. Auch
können
zwei den Nebel aggregierende Vorrichtungen zum effizienten Aggregieren
des Nebels enthalten sein.
-
Die
Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 und
die Sammlungskammer 5, 205, 305, 405 sind vorzugsweise
mit einem Inertgas gefüllt.
Bei dieser Vorrichtung verhindert das Inertgas die Verschlechterung
der Qualität
der Lösung
in der Zerstäubungskammer 4, 204, 304, 404 und
der Sammlungskammer 5, 205, 305, 405.
Damit kann eine Lösung
mit hoher Konzentration in einem Zustand mit einer höheren Produktqualität erhalten
werden.
-
Da
diese Erfindung in verschiedenen Formen ohne Verlassen des Konzepts
der wesentlichen Merkmale davon verkörpert werden kann, ist die
vorliegende Ausführungsform
daher veranschaulichend und nicht beschränkend, da der Umfang der Erfindung
eher durch die beigefügten
Ansprüche
als durch die vorangehende Beschreibung definiert ist, und alle Änderungen,
die in das Maß und
Ziel der Ansprüche
oder in das Äquivalent
eines solchen Maßes und
Zieles davon fallen, sollen deshalb durch die Ansprüche umfasst
sein. Diese Anmeldung basiert auf der Anmeldung Nr. 2004-097781,
eingereicht in Japan am 30. März
2004, deren Inhalt hier durch die Bezugnahme inkorporiert ist.