JP2005066526A - 溶液の超音波分離方法とこの方法に使用される超音波分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波霧化室の溶液を効率よくミストに霧化する。溶液から発生するミストに含まれる目的物質を効率よく回収して高濃度の溶液を分離する。
【解決手段】溶液の超音波分離方法は、表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液を、超音波霧化室４で超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを搬送気体と共に回収部５に移送し、回収部５で目的物質を凝集させて回収して、目的物質を溶液から分離する。さらに、超音波分離方法は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度を、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上に高くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、速やかに表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質、主として酒や酒原料等のアルコール溶液から更に高濃度のアルコールを分離する溶液の超音波分離方法と装置に関する。

本発明者は、表面過剰となる物性のあるアルコール等の目的物質を超音波でミストにして分離する装置を開発した。（特許文献１参照）
特開２００１−３１４７２４号公報

この分離装置は、アルコール溶液を閉鎖構造の超音波霧化室に充填し、この超音波霧化室のアルコール溶液を超音波振動子で超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して高濃度のアルコール溶液を分離する。この分離装置が目的物質として高濃度のアルコールを分離できるのは、以下の動作による。

速やかに表面に移行して表面過剰となる物性を示すアルコールは、表面の濃度が高くなっている。この状態で超音波振動させると、表面の溶液が超音波振動のエネルギーで搬送気体中にミストとなって微細な粒子で放出される。搬送気体中に放出されたミストはアルコール濃度が高くなっている。アルコール濃度の高い表面の溶液がミストとなるからである。したがって、ミストを凝集して回収すると、高濃度のアルコール溶液が分離される。この方法は、溶液を加熱しないで高濃度のアルコール溶液を分離できる。このため、少ないエネルギー消費で高濃度に目的物質を分離できる。また、加熱しないので目的物質を変質させることなく分離できる特長もある。

図１は、溶液を超音波振動させてミストとし、これを回収部で凝集させて回収する装置のブロック図である。この図の超音波分離装置は、超音波霧化室４で発生するミストを回収部５で凝集させて回収する。超音波で霧化されたミストは、アルコール濃度の高い溶液が微細な水滴となったものである。微細な水滴であるミストは、液体の状態にあるからこれを大きく凝集させて回収できる。したがって、ミストは静電気の吸引力を利用して凝集し、あるいはミストを邪魔板等に衝突させて凝集して回収できる。しかしながら、ミストを凝集して回収する装置は、ミストを回収する過程でミストに含まれるアルコールが気化して次第にアルコール濃度が低くなる。このため、超音波霧化室で霧化されたミストは、超音波霧化室で発生した直後にアルコール濃度が高く、その後、次第にアルコール濃度が低下して回収部に移送されることになる。超音波霧化室から回収部に移送される途中で、ミストからはアルコールと水の両方が気化して蒸気となる。ただ、アルコールは水よりも蒸気になりやすいので、ミストのアルコール濃度は次第に低下してしまう。このため、超音波振動でもって高濃度のミストとするにもかかわらず、これを回収した溶液のアルコール濃度が低下してしまう欠点がある。

ミストのアルコール濃度が低下するのは、超音波霧化室の搬送気体の温度を低くして少なくできる。搬送気体が蒸気の状態で含有できる、アルコールと水の総量が温度によって変化し、温度が低くなると少なくなるからである。ただ、超音波霧化室内の搬送気体の温度を低くすると、溶液を超音波振動させてミストに霧化する能率が著しく低下する。このため、溶液を能率よく高濃度のミストに霧化できなくなる。したがって、ミストを発生するための超音波振動の出力を増大する必要がある。このことを実現するには、超音波振動子の出力を増加し、さらに超音波振動子を駆動する電源も大出力とする必要があり、設備コストとランニングコストの両方が高くなって著しく不経済となる。

本発明は、このような欠点を解消することを目的として開発したもので、本発明の重要な目的は、超音波霧化室の溶液を効率よくミストに霧化できると共に、溶液から発生するミストに含まれる目的物質を効率よく回収して高濃度の溶液を分離できる超音波分離方法と超音波分離装置を提供することにある。

本発明の溶液の超音波分離方法は、表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液を、超音波霧化室４で超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを搬送気体と共に回収部５に移送し、回収部５で目的物質を凝集させて回収して、目的物質を溶液から分離する。さらに、超音波分離方法は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度を、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上に高くする。

本発明の請求項２の超音波分離方法は、搬送気体を加温して超音波霧化室４に循環させる。さらに、本発明の請求項３の超音波分離方法は、超音波霧化室４の溶液を加熱してミストを発生させる。

本発明の請求項４の溶液の超音波分離装置は、表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液が供給される超音波霧化室４と、この超音波霧化室４の内部において、溶液を超音波振動でミストに霧化する超音波振動子２と、この超音波振動子２に接続されて超音波振動子２に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源３と、超音波振動子２で霧化されたミストを搬送気体と共に移送して、搬送気体に含まれるミストを凝集させて回収する回収部５とを備え、超音波霧化室４で霧化されたミストを回収部５で凝集させて回収する。さらに、超音波分離装置は、超音波霧化室４の搬送気体の温度を回収部５の搬送気体の温度よりも５℃以上高く設定している。

本発明の請求項５の超音波分離装置は、超音波霧化室４に循環される搬送気体を加温する気相加熱器４７を備えており、この気相加熱器４７で搬送気体を加熱して超音波霧化室４に循環させている。

本発明の請求項６の超音波分離装置は、超音波霧化室４の溶液を加熱する溶液加熱機４８を備えている。この超音波分離装置は、溶液加熱機４８が溶液を加熱する状態で、超音波霧化機１が溶液をミストに霧化する。

本発明の請求項７の超音波分離装置は、回収部５がスクラバー４９あるいはスプレー塔を備えている。スクラバー４９あるいはスプレー塔は、回収した溶液を蓄える貯溜部７８を有すると共に、回収した溶液と搬送気体のミストとを接触させて、搬送気体のミストを回収している。さらに、本発明の請求項８の超音波分離装置は、回収した溶液と搬送気体のミストとを接触させた後、サイクロン、小さな穴の多数空いたパンチング板、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカムのいずれかひとつ、または複数の組み合わせでミストを回収するようにしている。

本発明の請求項９の超音波分離装置は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる送風機構３７を備えている。この送風機構３７は、搬送気体を移送するための回転羽根６８と、この回転羽根６８の回転軸６９に連結されて回転羽根６８を回転させるモーター７０とを備えている。さらに、送風機構３７は、モーター７０と回転羽根６８を連結している回転軸６９の軸受７１を、プラスチックシール材７２でシールし、あるいは、モーター７０と回転羽根６８とを磁気カップリング７３あるいは電磁カップリングで連結している。

本発明の請求項１０の超音波分離装置は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる送風機構３７を備えており、超音波霧化室４の空間部４Ａの溶液面Ｗからの高さを５０ｃｍ以下とすると共に、送風機構３７が超音波霧化室４の空間部４Ａにおいて搬送気体を０．０１ｍ／ｓ以上の流速で移動させている。

本発明の請求項１１の超音波分離装置は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる送風機構３７を備えており、超音波霧化室４の空間部４Ａの体積Ｖ（リットル）と搬送気体の流量Ｆ（リットル／分）の比率Ｆ／Ｖ（１／分）を１以上に保つように送風機構３７を運転させている。

本発明の請求項１２の超音波分離装置は、複数の超音波霧化室４を多段に積み重ねて配置しており、多段の超音波霧化室４を並列または直列に連結している。

本発明の請求項１３の超音波分離装置は、回収部５が、導電性の金属板５２と、この金属板５２を冷却する冷却器５３と、金属板５２に一方の電極を接続している静電場を発生させる高圧電源５５と、この高圧電源５５の他方の電極を接続して、金属板５２と対向する位置に配置している対向電極５６とを備えている。さらに、本発明の請求項１４の超音波分離装置は、金属板５２の表面を、導電性を有する撥水剤で被覆している。

本発明の請求項１５の超音波分離装置は、回収部５が主回収部５Ａの前段に一次回収部５Ｂを連結している。この一次回収部５Ｂは、サイクロン、小さな穴の多数空いたパンチング板５７、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカム、静電気の吸着力でミストを回収する装置のいずれかひとつ、または複数を備えている。さらに、本発明の請求項１６の超音波分離装置は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる送風機構３７を備えており、この送風機構３７を、主回収部５Ａと一次回収部５Ｂの間、または超音波霧化室４と一次回収部５Ｂの間に配設している。

本発明の請求項１７の超音波分離装置は、回収部５が、搬送気体の流入側に一対の分岐路５８を設けており、一対の分岐路５８には流入するミストを帯電させるために、一方にプラス電極５９Ａを、他方にマイナス電極５９Ｂを配置している。この回収部５は、分岐路５８から排出される帯電されたミストを静電気力で凝集させている。

本発明の請求項１８の超音波分離装置は、超音波霧化室４と回収部５とを循環ダクト３０で連結しており、循環ダクト３０と回収部５と循環ダクトとに循環される搬送気体の循環路に、搬送気体の酸素濃度を低減する酸素低減器７５を設けている。さらに、本発明の請求項１９の超音波分離装置は、搬送気体を不活性ガスまたは水に対する溶解度の低いガスとしている。

本発明の請求項２０の超音波分離装置は、超音波霧化室４の排出側に連結されて回収部５に供給される搬送気体を冷却する冷却用熱交換器６０と、回収部５の排出側に連結されて超音波霧化室４に供給される搬送気体を加温する気相加熱器４７とを備える。気相加熱器４７は熱交換器で、気相加熱器４７の熱交換器と冷却用熱交換器６０とを連結して冷媒の循環路６１を設けている。さらに、本発明の請求項２１の超音波分離装置は、冷媒の循環路６１に、コンプレッサー６２と膨張弁６３とを直列に接続している。この超音波分離装置は、コンプレッサー６２で加圧した気体状の冷媒を気相加熱器４７の熱交換器で液化させて気相加熱器４７を加熱し、液化された冷媒を冷却用熱交換器６０で気化させて冷却用熱交換器６０を冷却している。さらに、本発明の請求項２２の超音波分離装置は、複数の冷却用熱交換器６０を直列多段に連結すると共に、複数の気相加熱器４７を直列多段に連結しており、多段に連結している冷却用熱交換器６０と気相加熱器４７の熱交換器とを冷媒が循環できるように連結している。

本発明の請求項２３の超音波分離装置は、超音波霧化室４の内圧を大気圧よりも低くして、回収部５の内圧を大気圧よりも高くしている。さらに、本発明の請求項２４の超音波分離装置は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる送風機構３７を備えており、この送風機構３７を超音波霧化室４の排出側であって回収部５の供給側に配置して、超音波霧化室４の内圧を大気圧よりも低くして、回収部５の内圧を大気圧よりも高くしている。

本発明の請求項２５の超音波分離装置は、回収部５または循環ダクト３０の途中に、溶液または粉末を搬送気体中に噴射している。さらに、本発明の請求項２６の超音波分離装置は、搬送気体中に回収した溶液を噴射し、あるいはミスト凝集作用のある粒子を噴射している。

本発明の請求項２７の超音波分離装置は、超音波霧化室４から搬送気体を排出する出口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第１スプレー容器６４を連結して、超音波霧化室４に搬送気体を流入させる入口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第２スプレー容器６５を連結している。この超音波分離装置は、第１スプレー容器６４の蓄える溶液を第２スプレー容器６５に噴射し、第２スプレー容器６５に蓄える溶液を第１スプレー容器６４に噴射している。

本発明の請求項２８の超音波分離装置は、回収部５が、溶液の溶媒の分子よりも大きく、かつ目的物質の分子よりも小さなポアサイズを持つ透過膜７９を有する。この回収部５は、超音波霧化室４で霧化されたミストおよび蒸気に含まれる溶媒の分子を、透過膜７９で選択的に透過させて、目的物質を分離する。本発明の請求項２９の超音波分離装置は、透過膜７９を、ゼオライト、セルロース、カーボンのいずれかとしている。

本発明の超音波分離方法と超音波分離装置は、超音波霧化室の溶液を効率よくミストに霧化できることに加えて、ミストに含まれる目的物質を効率よく回収して高濃度の溶液を分離できる特長がある。それは、本発明が超音波霧化室内における搬送気体の温度を、回収部内における搬送気体の温度よりも５℃以上に高くしているからである。この状態で溶液を超音波振動してミストに霧化すると、溶液は効率よくミストに霧化される。溶液をミストに霧化する効率が、溶液面が接する搬送気体の温度によって変化し、搬送気体の温度が高くなるとミストに霧化される能率が高くなるからである。微細な水滴に霧化されたミストは、アルコール等の目的物質と水等の溶媒とが気化されて蒸気となる。しかしながら、搬送気体が超音波霧化室から回収部に移送されると、その温度が５℃以上も低下される。温度が低下された搬送気体は、蒸気の状態で含有していた目的物質が過飽和な状態となって結露する。結露した目的物質は液滴となって回収される。このため、超音波霧化室でミストとなり、ミストから蒸気に気化した目的物質は、回収部で過飽和状態となって回収される。したがって、本発明は、溶液を効率よくミストとし、しかもミストの目的物質をも効率よく回収して、高濃度の溶液を高効率に分離できる特長がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための溶液の超音波分離方法とこの方法に使用される超音波分離装置を例示するものであって、本発明は超音波分離方法と超音波分離装置を下記のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

本発明の溶液の超音波分離装置は、表面に移行して表面過剰となる物性を有する目的物質を含む溶液から目的物質を分離する。溶液の溶媒と溶質を特定するものではないが、溶媒は、主として水であるが、水以外にもアルコール等の有機溶媒も使用できる。目的物質を含む溶液は、例えば以下のものである。
(1) 清酒、ビール、ワイン、食酢、みりん、スピリッツ、焼酎、ブランデー、ウイスキー、リキュール
(2) ピネン、リナロール、リモネン、ポリフェノール類などの香料、芳香成分ないし香気成分を含む溶液
(3) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合した物質を含む溶液
(4) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をハロゲンによって置き換えた物質を含む溶液
(5) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を水酸基によって置き換えた物質を含む溶液
(6) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をアミノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(7) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボニル基によって置き換えた物質を含む溶液
(8) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボキシル基によって置き換えた物質を含む溶液
(9) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をニトロ基によって置き換えた物質を含む溶液
(10) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をシアノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(11) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をメルカプト基によって置き換えた物質を含む溶液
(12) 前述の(3)〜(11)の目的物質に含まれるいずれか一つ以上の原子を金属イオンによって置換した物質を含む溶液
(13) 先述の(3)〜(11)の目的物質に含まれる分子のうち任意の水素原子、炭素原子もしくは官能基を(3)〜(11)の分子のうち任意の分子で置き換えた物質を含む溶液

以上の溶液に含まれる目的物質は、表面に移行して表面過剰となる物性がある。この目的物質は、表面濃度が高くなるので、これを超音波振動させて表面の溶液をミストにして霧化させると、ミストは目的物質の濃度が高くなる。したがって、このミストを凝集して回収すると、目的物質の濃度を高くできる。すなわち、溶液から高濃度の目的物質を含むものを分離できる。

以下、目的物質をアルコールとする溶液から高濃度にアルコールを分離する装置と方法を示す。ただし、本発明は目的物質をアルコールに特定せず、表面に移行して表面過剰となる全ての目的物質を分離できる。

図２ないし図１１に示す超音波分離装置は、溶液を供給する閉鎖構造の超音波霧化室４と、この超音波霧化室４の溶液を超音波振動させてミストに霧化する、１個または複数の超音波振動子２と超音波電源３を備える超音波霧化機１と、超音波霧化機１で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部５と、回収部５と超音波霧化室４とにミストと搬送気体を循環させる送風機構３７とを備える。

これ等の超音波分離装置は、超音波霧化室４で霧化された溶液のミストを、閉鎖構造の回収部５に流入させる。回収部５は微細なミストを凝集させ、さらにミストから気化した蒸気を結露させて高濃度のアルコール溶液として回収する。

溶液はポンプ１０で超音波霧化室４に供給される。超音波霧化室４は、供給される全ての溶液をミストとして霧化させない。全ての溶液を霧化して回収部５で回収すると、超音波霧化室４に供給する溶液と、回収部５で回収される溶液のアルコール等の目的物質濃度が同じになるからである。超音波霧化室４に供給された溶液は、ミストとして霧化して容量が少なくなるにしたがって、目的物質の濃度が低下する。このため、ミストに含まれる目的物質の濃度も次第に低下する。超音波霧化室４の溶液は、目的物質濃度が低下すると新しいものに入れ換えられる。

超音波霧化室４は、たとえば、目的物質の濃度が１０〜５０重量％である溶液を霧化して、目的物質の濃度が低下した後、溶液を新しいものに入れ換える。一定の時間経過すると溶液を新しいものに入れ換える方法、すなわちバッチ式に溶液を交換する。ただ、超音波霧化室４に、ポンプ１０を介して溶液を蓄えている原液槽１１を連結し、原液槽１１から連続的に溶液を供給することもできる。この装置は、超音波霧化室４の溶液を排出しながら、原液槽１１から溶液を供給して、超音波霧化室４の溶液のアルコール等の目的物質濃度が低下するのを防止する。

超音波霧化室４の溶液は、超音波霧化機１でミストに霧化される。超音波霧化機１で霧化されたミストは、溶液よりも目的物質の濃度が高くなる。したがって、超音波霧化機１で溶液をミストに霧化し、ミストを凝集して回収し、さらにミストから気化した蒸気を回収して、高濃度な溶液を効率よく分離できる。

超音波霧化室４の溶液は、超音波振動されて、超音波霧化室４の溶液よりも高濃度なミストとなって溶液面Ｗから飛散する。溶液を超音波振動させると、溶液面Ｗに液柱Ｐができ、この液柱Ｐの表面からミストが発生する。図１２に示す超音波霧化機１は、溶液を充填している超音波霧化室４の底に、超音波霧化機１の超音波振動子２を上向きに配設している。超音波振動子２は、底から溶液面Ｗに向かって上向きに超音波を放射して、溶液面Ｗを超音波振動させて、液柱Ｐを発生させる。超音波振動子２は、垂直方向に超音波を放射する。

図１２の超音波霧化機１は、複数の超音波振動子２と、これ等の超音波振動子２を超音波振動させる超音波電源３とを備える。超音波振動子２は超音波霧化室４の底に水密構造に固定される。複数の超音波振動子２が溶液を超音波振動させる装置は、より効率よく溶液をミストに霧化する。

複数の超音波振動子２は、図１３と図１４に示すように、防水構造で脱着プレート１２に固定される。複数の超音波振動子２を固定している脱着プレート１２は、図１５と図１６に示すように、防水構造で脱着できるように超音波霧化室４のケーシング１３に装着される。この脱着プレート１２が超音波霧化室４のケーシング１３に装着されて、各々の超音波振動子２は超音波霧化室４の溶液を超音波振動する。

図１３と図１４に示す脱着プレート１２は、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂを備えており、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂを積層して、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂの間に超音波振動子２を防水構造で挟着している。表面プレート１２Ａは貫通孔１２ａを開口しており、この貫通孔１２ａに振動面２Ａを位置させて超音波振動子２を表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂに挟着して固定している。裏面プレート１２Ｂは、超音波振動子２を嵌入する凹部１２ｂを設けて、この凹部１２ｂに超音波振動子２を嵌入している。図１３の脱着プレート１２は、裏面プレート１２Ｂに凹部１２ｂを設けているが、表面プレートに凹部を設けて、この凹部に超音波振動子を嵌入することもできる。

超音波振動子２と表面プレート１２Ａとの間を防水構造とするために、表面プレート１２Ａと超音波振動子２との間にパッキン１６を挟着している。図１３に示す超音波霧化機１は、超音波振動子２と裏面プレート１２Ｂとの間にもパッキン１６を挟着して防水構造としている。ただし、超音波霧化機は、必ずしも超音波振動子と裏面プレートとの間を防水構造とする必要はない。それは、超音波振動子と表面プレートとの間を防水構造とする脱着プレートを超音波霧化室のケーシングの下面に固定して、超音波霧化室の溶液が漏れるのを阻止できるからである。パッキン１６は、ゴム状弾性体のＯリングである。Ｏリングのパッキン１６は、超音波振動子２の振動面２Ａの外周縁と表面プレート１２Ａとの対向面に配設されて、超音波振動子２の振動面２Ａと表面プレート１２Ａとの間を防水構造として、この間から水が漏れるの阻止する。さらに、超音波振動子２の外周と裏面プレート１２Ｂとの間を防水構造で連結する。

パッキン１６は、テフロン（登録商標）、シリコン、天然または合成ゴム等のゴム状弾性体である。このパッキン１６は、超音波振動子２と表面プレート１２Ａとの間、超音波振動子２と裏面プレート１２Ｂとの間に、弾性変形して押しつぶされる状態で挟着されて、超音波振動子２と表面プレート１２Ａ及び裏面プレート１２Ｂの表面に隙間なく密着して連結部分を防水構造とする。ただし、パッキン１６には、銅、シンチュウ、アルミニウム、ステンレス等の金属をリング状に加工した金属パッキンも使用できる。

図１３と図１４に示す脱着プレート１２は、表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂの片側縁を蝶番１７で連結している。この脱着プレート１２は、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａとを開いて、超音波振動子２を簡単に脱着できる。超音波振動子２を交換するとき、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａが開かれる。この状態で、古い超音波振動子を取り出して新しい超音波振動子２とパッキン１６を所定の位置に入れる。その後、裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａを閉じて、超音波振動子２が交換される。閉じられた裏面プレート１２Ｂと表面プレート１２Ａは、蝶番１７の反対側を止ネジ（図示せず）で連結し、あるいは超音波霧化室４のケーシング１３に固定して連結される。

以上の超音波霧化機１は、パッキン１６を使用して防水構造としているが、パッキンの位置にコーキング材を充填して防水構造とすることもできる。さらに、図１３に示す超音波霧化機１は、脱着プレート１２を表面プレート１２Ａと裏面プレート１２Ｂからなる２枚の金属プレート、あるいは非金属の硬質プレートで構成しているが、脱着プレート１２は図１７ないし図１９に示すように１枚のプレートとすることもできる。この脱着プレート１２は、金属プレートあるいは非金属硬質プレートで、超音波振動子２を配設する凹部１２ｂを上方に、あるいは貫通孔１２ａを開口して設けている。

図１７の超音波霧化機１は、脱着プレート１２の凹部１２ｂに超音波振動子２を入れて、超音波振動子２の外周部分の上下にパッキン１６を配置している。さらに、脱着プレート１２の開口部にリングプレート１８を固定している。リングプレート１８は、超音波振動子２の上面に配置しているパッキン１６を押圧して、超音波振動子２を凹部１２ｂに防水構造で固定する。凹部１２ｂは底に貫通孔１２ｃを設けて、リード線１９を外部に引き出している。

図１８の超音波霧化機１は、パッキンとリングプレートを使用することなく、脱着プレート１２の凹部１２ｂに入れた超音波振動子２をコーキング材２０で接着して防水構造で固定している。この超音波振動子２もリード線１９を凹部１２ｂの底部に開口している貫通孔１２ｃから外部に引き出している。貫通孔１２ｃとリード線１９との間にもコーキング材２０を充填して、水漏れしない防水構造としている。

図１９の超音波霧化機１は、脱着プレート１２に貫通孔１２ａを開口しており、この貫通孔１２ａに振動面２Ａを位置させて、超音波振動子２を脱着プレート１２の下面に固定している。超音波振動子２を脱着プレート１２に固定するために、脱着プレート１２の底面には固定具２１を固定している。超音波振動子２は、外周部分の上下に配置したパッキン１６を介して防水構造で脱着プレート１２に固定している。固定具２１は段差凹部を有するリング状で、外周縁部を貫通する固定ネジ２２が脱着プレート１２にねじ込まれて脱着プレート１２に固定されている。固定具２１は、段差凹部の底面で超音波振動子２の下面に配置しているパッキン１６を押圧して、超音波振動子２を脱着プレート１２に防水構造で固定する。固定具２１は、段差凹部の底面に貫通孔２１Ａを設けており、ここからリード線１９を外部に引き出している。

図１５と図１６は、超音波霧化機１を固定する超音波霧化室４を示す。これ等の図に示す超音波霧化室４は、ケーシング１３の底面に開口部１３Ａを設けて、この開口部１３Ａを防水構造で閉塞するように脱着プレート１２を固定している。脱着プレート１２は、パッキン２３を介して防水構造でケーシング１３に固定される。脱着プレート１２を固定するために、ケーシング１３の底面には固定金具２４を固定している。固定金具２４はＬ字状で、これを貫通する止ネジ２５で脱着プレート１２を押圧して超音波霧化室４のケーシング１３に固定する。この構造で超音波霧化室４に固定される複数の超音波振動子２は、ケーシング１３の底面から上面に向かって溶液を超音波振動させる。この脱着プレート１２は、超音波霧化室４のケーシング１３の底面に、開口部１３Ａを閉塞するように、しかも脱着できるように装着される。

脱着プレート１２は、図２０に示すように、超音波霧化室４の溶液中に浸漬して、溶液を超音波振動させることもできる。この構造は、簡単に脱着プレート１２を超音波霧化室４に脱着できるように配置できる。溶液中に浸漬される超音波霧化機１は、たとえば図１９に示す構造として、超音波振動子２の振動面２Ａを除く部分を防水構造として脱着プレート１２に固定している。

超音波振動子２や超音波電源３が超音波霧化室４の溶液を加熱すると、溶液の品質が低下する。この弊害は、超音波振動子２を強制的に冷却して解消できる。さらに、好ましくは超音波電源３も冷却する。超音波電源３は直接には溶液を加熱することはないが、周囲を加熱して間接的に溶液を加熱する。超音波振動子２や超音波電源３は、図１２に示すように、これ等に冷却パイプ１４を熱結合する状態で配設、すなわち、冷却パイプ１４を接触させる状態で配設して冷却できる。冷却パイプ１４は、冷却機で冷却した液体や冷媒、あるいは地下水や水道水等の冷却水を流して超音波振動子２と超音波電源３を冷却する。

以上のように、超音波霧化室４の溶液は、超音波霧化機１でミストに霧化される。図２ないし図１０に示す超音波分離装置は、１つの超音波霧化室４を備えている。ただ、本発明の超音波分離装置は、図１１に示すように、複数の超音波霧化室４を備えることもできる。複数の超音波霧化室４は、好ましくは、多段に重ねて配置して設置面積を小さくする。多段に積層される超音波霧化室４は、図１１に示すように、ダクトを介して並列に連結され、あるいは、図示しないが、直列に連結される。

超音波霧化室４で霧化された溶液のミストは、搬送気体と共に移送されて回収部５に流入される。ミストを回収部５に流入させるために、回収部５を循環ダクト３０で超音波霧化室４に連結している。本発明の溶液の超音波分離方法と装置は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度を、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上高くしている。超音波霧化室４の溶液を効率よくミストに霧化すると共に、ミストに含まれる目的物質を回収室５で効率よく回収して高濃度の溶液を分離するためである。さらに、超音波分離方法と装置は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度を、回収部５内における搬送気体の温度よりも、好ましくは１０℃以上、さらに好ましくは２０℃以上高くして、より効率よく超音波霧化室４の溶液をミストに霧化しながら、ミストに含まれる目的物質を回収室５で回収できる。

さらに、超音波霧化室４は、空間部４Ａの溶液面Ｗからの高さ（ｈ）を５０ｃｍ以下、好ましくは３０ｃｍ以下とする。超音波霧化室４の溶液を効率よくミストに霧化するためである。さらに、超音波霧化室４の空間部４Ａにおいて、送風される搬送気体の流速は、好ましくは０．０１ｍ／ｓ以上とする。送風機構３７は、超音波霧化室４内を通過する搬送気体の流速が０．０１ｍ／ｓ以上となるように、循環ダクト３０の搬送気体を循環させる。さらに、超音波分離装置は、超音波霧化室４の空間部４Ａの体積Ｖ（リットル）と搬送気体の流量Ｆ（リットル／分）の比率Ｆ／Ｖ（１／分）を１以上に保つように送風機構３７を運転させる。この比率Ｆ／Ｖを１以上に保つことによって、超音波霧化室４の空間部４Ａに循環される搬送気体は、少なくとも１分よりも短い周期で新しい搬送気体に交換されることになる。

図２に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４に循環される搬送気体を加温する気相加熱器４７を備えている。この超音波分離装置は、回収部５から排出される搬送気体を気相加熱器４７で加熱して超音波霧化室４に循環させている。この気相加熱器４７は熱交換器で、超音波霧化室４内における搬送気体の温度が、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上、好ましくは１０℃以上高くなるように搬送気体を加熱する。図に示す超音波分離装置は、回収部５の排出側であって、超音波霧化室４の吸入側に気相加熱器４７を配設している。

さらに、図３に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４内の溶液を加熱する溶液加熱機４８を備える。この溶液加熱機４８は、超音波霧化室４内の溶液を加熱する。超音波霧化室４は、内部の溶液が溶液加熱機４８で加熱されることによって、内部の搬送気体が加温される。この超音波分離装置は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度が、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上、好ましくは１０℃以上高くなるように、溶液加熱機４８で超音波霧化室４内の溶液を加熱する。さらに、この超音波分離装置は、超音波霧化室４内の溶液を加熱する状態で、超音波霧化機１で溶液をミストに霧化する。超音波分離装置は、たとえば、超音波霧化室４内の溶液を沸騰状態に加熱しながら超音波振動することによって、極めて効率よく溶液をミストに霧化できる。

回収部５は、搬送気体で移送される霧化されたミストを凝集させて回収すると共に、気化された蒸気を凝結させて回収する。回収部５は、搬送気体が超音波霧化室４から移送されると、その温度を５℃以上、好ましくは１０℃以上低下させる。霧化されたミストを効率よく凝集させると共に、搬送気体に蒸気の状態で含有される目的物質を過飽和な状態として結露させるためである。結露した目的物質は液滴となって回収される。

図２、図３、図８ないし図１１に示す回収部５は、ミストを冷却して凝集させる冷却用熱交換器３３を内蔵している。冷却用熱交換器３３は、熱交換パイプ３４にフィン（図示せず）を固定している。熱交換パイプ３４に冷却用の冷媒や冷却水を循環させて、冷却用熱交換器３３は冷却される。超音波霧化室４で霧化されたミストは、一部が気化して蒸気となって搬送気体に含まれる。搬送気体が回収部５の冷却用熱交換器３３で冷却されると、搬送気体に含まれる蒸気は結露、凝集されて回収される。回収部５に搬送気体と共に流入されるミストは、冷却用熱交換器３３に衝突し、あるいは互いに衝突して大きく凝集し、または冷却用熱交換器３３のフィン等に衝突して大きく凝集して溶液として回収される。ミストと蒸気を冷却用熱交換器３３で凝集して回収した搬送気体は、循環ダクト３０を介して再び超音波霧化室４に循環される。

回収部は、内部に複数枚の邪魔板（図示せず）を配設することができる。邪魔板は、隣接するものとの間にミストを通過できる隙間を設けて、垂直の姿勢で配設される。垂直の邪魔板は、ミストを表面に衝突させて付着する溶液を自然に流下させて回収できる。邪魔板は、表面を凹凸面として、ミストをより効率よく接触させて回収できるようにできる。

さらに、回収部は、搬送気体を強制送風して撹拌するファン（図示せず）を設けることができる。ファンは、回収部の搬送気体を送風して、ミストと蒸気を撹拌する。撹拌されるミストは、互いに衝突して凝集し、あるいは、邪魔板の表面に衝突して凝集される。凝集するミストは、速やかに落下して回収される。

さらに、回収部は、ミストを振動させて衝突する確率を高くするミスト振動器（図示せず）を設けることもできる。ミスト振動器は、回収部の搬送気体を振動させる電気振動−機械振動変換器と、この電気振動−機械振動変換器を駆動する振動電源とを備える。電気振動−機械振動変換器は、可聴周波数の音を放射するスピーカーや、可聴周波数よりも高い超音波を放射する超音波振動子等である。電気振動−機械振動変換器が、ミストを効率よく振動させるために、電気振動−機械振動変換器から放射される振動を回収部で共振させる。このことを実現するために、電気振動−機械振動変換器は、回収部で共振する周波数で振動させる。いいかえると、回収部を電気振動−機械振動変換器から放射される振動に共振する形状に設計する。

超音波は人間の可聴周波数を越える高い周波数であるので、耳には聞こえない。このため、超音波を放射するミスト振動器は、回収部の気体を激しく振動させて、いいかえると、電気振動−機械振動変換器の出力を極めて大きくして、人間に音の害を与えることがない。このため、超音波はミストを激しく振動して、効率よく衝突させて、速やかに回収できる特長がある。

さらに、回収部５は、図４に示す構造とすることもできる。図４に示す回収部５は閉鎖チャンバーであって、ここに供給されるミストをより速やかに回収するために、スクラバー４９を備える。この回収部５は、回収された溶液を貯溜する貯溜部７８を底部に有すると共に、貯溜された溶液中に搬送気体が供給されている。この回収部５は、搬送気体に含まれる霧化されたミストと気化された蒸気とを、貯溜部７８の溶液に通過させて回収している。さらに、スクラバー４９は、溶液を噴霧する複数のノズル５０を備える。ノズル５０は、循環ポンプ５１を介して回収部５の底部である貯溜部７８に連結される。循環ポンプ５１は、回収部５に回収された溶液を吸入してノズル５０から噴霧させる。ノズル５０から噴霧される溶液は、閉鎖チャンバーの内部を速やかに落下し、落下するときに、溶液を通過して回収部５の内部に浮遊しているミストや蒸気に衝突して、これらを回収しながら落下する。したがって、回収部５に移送されるミストと蒸気を効率よく速やかに回収できる。ただ、回収部は、図示しないが、スクラバーに代わってスプレー塔を備えることもできる。さらに、図示しないが、回収部は、スクラバーあるいはスプレー塔を備えると共に、回収した溶液と搬送気体のミストとを接触させた後、サイクロン、小さな穴の多数空いたパンチング板、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカムのいずれかひとつ、または複数を組み合わせた構造の回収部を設けてミストを回収することもできる。この回収部は、さらに効率よくミストを回収できる。

さらに、図示しないが、回収部は、溶液を噴霧するノズルと、ミストを撹拌するファンと、ミストを振動させる振動器の全てを内蔵させて、最も効率よくミストを凝集できる。また、ミストを凝集させるふたつの装置を内蔵して、ミストを効率よく凝集させることもできる。

さらに、図５に示す回収部５は、導電性の金属板５２と、この金属板５２を冷却する冷却器５３とを備える。この回収部５は、冷却器５３で金属板５２を冷却して、搬送気体に含まれるミストや蒸気を冷却して凝集させる。冷却器５３は、熱交換パイプ５４に金属板５２を固定している。この金属板５２は、たとえば、冷却フィンとすることができる。冷却器５３は、熱交換パイプ５４に冷却用の冷媒や冷却水を循環させて金属板５２を冷却している。さらに、図に示す回収部５は、静電場を発生させる高圧電源５５を備える。この回収部５は、高圧電源５５の一方の電極を金属板５２に接続し、他方の電極を金属板５２と対向する位置に配置している対向電極５６に接続している。高圧電源５５は、回収部５に静電場を発生させて、供給される搬送気体に含まれるミストや蒸気を帯電させると共に、電気的な吸着力によって金属板５２に付着させる。金属板５２に付着するミストは凝集されて回収され、金属板５２に付着する蒸気は、結露、凝集されて回収される。金属板５２の表面は、導電性を有する撥水剤で被覆することができる。この金属板は、表面に付着する液滴を速やかに流下させて、目的物質を能率よく回収できる。

さらに、回収部は、主回収部の前段に一次回収部を連結することができる。主回収部は、前述の回収部のいずれかひとつ、または複数を備えることができる。一次回収部は、たとえば、サイクロン、パンチング板、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカム、静電気の吸着力でミストを回収する装置のいずれかとひとつ、または複数を備えることができる。図６と図７に示す回収部５は、主回収部５Ａの前段である流入側に、ひとつの一部回収部５Ｂを連結している。この一次回収部５Ｂは、超音波霧化室４から回収部５に移送される搬送気体に含まれるミストや蒸気を、主回収部５Ａよりも先に凝集して回収する。

図６に示す一次回収部５Ｂは、閉塞されたチャンバー内に小さな孔の多数空いた複数のパンチング板５７を互いに平行に配置している。複数のパンチング板５７は、搬送気体の移送方向に対して垂直の姿勢で配設している。この一次回収部５Ｂは、パンチング板に開口された多数の孔に搬送気体を通過させながら、パンチング板５の表面にミストを衝突させて、付着する溶液を自然に流下させて回収する。

図７に示す一次回収部５Ｂは、静電気の吸着力でミストを回収する装置としている。この一次回収部５Ａは、搬送気体の流入側に一対の分岐路５８を設けており、一対の分岐路５８には、流入するミストを帯電させるために、一対の電極５９を配置している。一方の分岐路５８にはプラス電極５９Ａを、他方の分岐路５８にはマイナス電極５９Ｂを配置しており、これらの電極５９に電圧を印可して流入するミストを帯電させている。この一次回収部５Ｂは、各分岐路５８から排出されるプラスに帯電されたミストとマイナスに帯電されたミストとを静電気力で凝集させる。したがって、微細な粒子であるミストを能率よく凝集できる特長がある。この構造の回収部は、図７では一次回収部５Ｂとしているが、主回収部として配置することもできる。

以上の超音波分離装置は、回収部５に、ミストや蒸気を効率よく凝集させる装置を配設するので、ミストや蒸気をより速やかに凝集させて高濃度の溶液とすることができる。

さらに、図８に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４の排出側に連結されて搬送気体を冷却する回収部５の冷却用熱交換器６０と、超音波霧化室４に供給される搬送気体を加温する気相加熱器４７とを備える。気相加熱器４７は熱交換器で、気相加熱器４７の熱交換器と冷却用熱交換器６０とを連結して冷媒の循環路６１を設けている。冷媒の循環路６１には、コンプレッサー６２と気相加熱器４７の熱交換器と膨張弁６３と冷却用熱交換器６０とを直列に接続している。この装置は、コンプレッサー６２で加圧した気体状の冷媒を気相加熱器４７の熱交換器で液化させて気相加熱器４７を加熱し、液化された冷媒を膨張弁６３を通過させて冷却用熱交換器６０に移送し、冷媒を気化させて冷却用熱交換器６０を冷却する。冷却用熱交換器６０は超音波霧化室４から回収部５に移送される搬送気体を冷却し、気相加熱器４７は回収部５から超音波霧化室４に移送される搬送気体を加温する。このように、循環ダクト３０に冷却用熱交換器６０と気相加熱器４７を配設する構造は、超音波霧化室４と回収部５の温度を所定の温度に維持できる特長がある。超音波霧化室４と回収部５とを循環される搬送気体は、超音波霧化室４内における搬送気体の温度が、回収部５内における搬送気体の温度よりも５℃以上高くなるように、気相加熱器４７で加熱され、冷却用熱交換器６０で冷却される。このようにひとつ回路で気相加熱器４７と冷却用熱交換器６０とを設ける構造は、ランニングコストを低減しながら理想的に搬送気体を加熱および冷却できる。図に示す超音波分離装置は、冷媒の循環路６１に、コンプレッサー６２と膨張弁６３とを直列に連結している。ただ、超音波分離装置は、循環路にコンプレッサーと膨張弁とを連結することなく、循環路に冷媒を循環させることもできる。この超音波分離装置は、たとえば、循環路に冷媒として水を循環させて、気相加熱器で搬送気体を加温し、冷却用熱交換器で搬送気体を冷却できる。

さらに、図８に示す超音波分離装置は、複数の冷却用熱交換器６０を直列多段に連結すると共に、複数の気相加熱器４７を直列多段に連結しており、多段に連結している冷却用熱交換器６０と気相加熱器４７の熱交換器とを冷媒が循環できるように循環路６１で連結している。この構造は、各冷却用熱交換器６０と各気相加熱器４７の熱交換器とを小型化しながら理想的に搬送気体を加熱及び冷却できる。ただ、超音波分離装置は、ひとつの冷却用熱交換器とひとつの気相加熱器とを配設して、これらの冷却用熱交換器と気相加熱器の熱交換器とを循環路で連結することもできる。

さらに、本発明の超音波分離装置は、回収部または循環ダクトの途中に、溶液または粉末を搬送気体中に噴射して搬送気体に含まれるミストや蒸気を回収することもできる。搬送気体に噴射される溶液は、回収した溶液とすることができる。また、搬送気体に噴射される粉末は、ミスト凝集作用のある粒子とすることができる。

図９に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４から搬送気体を排出する出口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第１スプレー容器６４を連結すると共に、超音波霧化室４に搬送気体を流入させる入口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第２スプレー容器６５を連結している。この超音波分離装置は、第１スプレー容器６４に蓄えられる溶液を第２スプレー容器６５に噴射し、第２スプレー容器６５に蓄えられる溶液を第１スプレー容器６４に噴射している。第１スプレー容器６４と第２スプレー容器６５は、溶液を噴霧するノズル６６を備える。第１スプレー容器６４のノズル６６は、循環ポンプ６７を介して第２スプレー容器６５の底部に連結されている。第２スプレー容器６５のノズル６６は、循環ポンプ６７を介して第１スプレー容器６４の底部に連結されている。これらの循環ポンプ６７は、各スプレー容器に回収された溶液を吸入してノズル６６から噴霧する。第２スプレー容器６５に蓄えられる溶液は、回収部５で冷却された搬送気体によって冷却されているので、この溶液を第１スプレー容器６４内で噴射することによって、第１スプレー容器６４を通過する搬送気体を有効に冷却できる。反対に、第１スプレー容器６４に蓄えられる溶液は、回収部５よりも５℃以上高くなっている超音波霧化室４から排出される搬送気体によって加温されているので、この溶液を第２スプレー容器６５内で噴射することにより、第２スプレー容器６５を通過する搬送気体を有効に加温できる。したがって、この装置も、極めて簡単な構造で、超音波霧化室４に供給される搬送気体を加温し、回収部５に供給される搬送気体を冷却できる特長がある。

さらに、図１０に示す超音波分離装置は、回収部５が、超音波霧化室４で霧化されたミストおよび蒸気に含まれる水分子を選択的に透過させて除去する透過膜７９を備える。この透過膜７９は、アルコール分子よりも小さく、かつ水分子よりも大きなナノオーダーのポアサイズを有する。この透過膜７９は、たとえば、ゼオライト製の親水性の透過膜とすることができる。透過膜は、セルロース、あるいはカーボンとすることもできる。この回収部５は、供給されるミストおよび蒸気に含まれる水分子を透過膜７９に透過させて除去し、アルコール分子を透過させることなく通過させて分離する。したがって、この回収部５を通過するミストおよび蒸気のアルコール濃度を高くできる。図に示す回収部５は、主回収部５Ａの前段に一次回収部５Ｂを連結しており、この一次回収部５Ｂに透過膜７９を配設している。この回収部５は、一次回収部５Ｂで水分子が除去されてアルコール濃度が高くなったミスト及び蒸気を主回収部５Ａで回収する。したがって、高濃度のアルコール溶液を能率よく回収できる特長がある。ただ、超音波分離装置は、必ずしも透過膜を配設する回収部を一次回収部とする必要はなく、単一の回収部に透過膜を配設してアルコール濃度が高くなったミスト及び蒸気を回収することもできる。

さらに、この超音波分離装置は、超音波霧化室４で霧化されたミストおよび蒸気を加熱して透過膜７９に供給することにより、より効果的にを水分子を透過して分離できる。この回収部は、たとえば、図の鎖線で示すように、回収部５の供給側に加熱器８０を設けて実現できる。ただ、超音波分離装置は、気相加熱器４７等の加熱手段により、超音波霧化室４で霧化されるミストや蒸気の温度を高くできるので、必ずしも加熱器８０を設ける必要はない。さらに、図に示す超音波分離装置は、搬送気体を移送させる送風機構３７を備えており、この送風機構３７を、透過膜７９を備える一次回収部５Ｂの供給側に配置している。この構造は、搬送機体と共に移送されるミストや蒸気を加圧状態で一次回収部５Ｂの透過膜７９に通過させて、ミストおよび蒸気に含まれる水分子を能率よく除去できる特長がある。ただ、送風機構は、図示しないが、透過膜を備える一次回収部と主回収部の間に配置することもできる。

以上の実施例の超音波分離装置は、目的物質をアルコールとして、溶液の溶媒を水とする場合を示しており、透過膜７９のポアサイズを、水分子よりも大きく、アルコール分子よりも小さくしている。ただ、本発明の超音波分離装置は、溶媒と目的物質を水とアルコールに特定しない。したがって、本発明の超音波分離装置は、回収部に配設する透過膜のポアサイズを、溶液の溶媒の分子よりも大きく、かつ目的物質の分子よりも小さくして、この透過膜でもって、超音波霧化室で霧化されたミストおよび蒸気に含まれる溶媒の分子を選択的に透過させて目的物質を分離することができる。

送風機構３７は、搬送気体を超音波霧化室４と回収部５とに循環させる。図２ないし図１１に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４の排出側に送風機構３７を配置している。このように、超音波霧化室４の排出側に配置される送風機構３７は、超音波霧化室４の内圧を大気圧よりも低くする状態で、すなわち超音波霧化室４の空間部４Ａを大気圧よりも陰圧としながら搬送気体を循環できる。この構造は、超音波霧化室４で生成されたミストを超音波霧化室４から速やかに排出できる。したがって、超音波霧化機１で形成される液柱から生成されるミストが相互に干渉して霧化能力が低下するのを防止し、また、超音波超音波霧化室４で発生したミストが液面に再突入するのを防止して、生成されたミストを極めて効率よく移送できる。さらに、超音波霧化室の内圧が大気圧よりも低く減圧されることによって、溶液を能率よくミストに霧化できる特長もある。

さらに、超音波霧化室４の排出側に配設される送風機構３７は、回収部５の供給側に配置して回収部５の内圧を大気圧よりも高くすることができる。図２ないし図５、および図７ないし図１１に示す超音波分離装置は、超音波霧化室４の排出側であって回収部５の供給側に送風機構３７を配置している。したがって、送風機構３７を運転して、超音波霧化室４の内圧を大気圧よりも低くしながら回収部５の内圧を大気圧よりも高くできる。このように、回収部５の内圧を大気圧よりも高くする超音波分離装置は、加圧された回収部５内でミストを速やかに凝集できる特長がある。ただ、超音波分離装置は、図６に示すように、主回収部５Ａと一次回収部５Ｂとからなる回収部５の中間に送風機構３７を配置して、超音波霧化室４を陰圧としながら主回収部５Ａを加圧することもできる。さらに、図示しないが、超音波分離装置は、超音波霧化室に減圧機を連結し、回収部に加圧器を連結して、超音波霧化室の内圧を大気圧よりも低くし、回収部の内圧を大気圧よりも高くすることもできる。

送風機構３７は、図２１に示すように、搬送気体を移送するための回転羽根６８と、この回転羽根６８の回転軸６９に連結されて回転羽根６８を回転させるモーター７０とを備えている。回転羽根６８は、循環ダクト３０に連結されたケーシング７４内に配設されている。さらに、送風機構３７は、モーター７０と回転羽根６８を連結している回転軸６９の軸受７１を、プラスチックシール材７２でシールしている。この構造の送風機構３７は、循環ダクト３０内を移送される搬送気体に含まれるミストや蒸気がケーシング７４から外部に漏出するのを有効に防止できる特長がある。

さらに、図２２に示す送風機構３７は、モーター７０と回転羽根６８とを磁気カップリング７３で連結している。送風機構３７は、モーター７０の回転軸と回転羽根６８の回転軸６９とにそれぞれ磁気カップリング７３を固定しており、一対の磁気カップリング７３を介してこれらの回転軸を磁気的に連結している。この送風機構３７は、回転羽根６８が配設されるケーシング７４を、外部から密閉された構造として、搬送気体に含まれるミストや蒸気が外部に漏出するのを防止している。ただ、送風機構は、図示しないが、磁気カップリングに代わって電磁カップリングを使用することもできる。

さらに、図２に示す超音波分離装置は、音波霧化室４と回収部５とを循環ダクト３０で連結しており、超音波霧化室４と回収部５と循環ダクト３０とに循環される搬送気体の循環路に、搬送気体の酸素濃度を低減する酸素低減器７５を設けている。この装置は、循環ダクト３０を循環する搬送気体であって、音波霧化室４で霧化されたミストを含む搬送気体中に含まれる酸素濃度を酸素低減器７５で低減できるので、搬送気体中に含まれる目的物質が移送中に酸化されるのを有効に防止できる特長がある。したがって、目的物質を変質させることなく高品質な状態で回収できる。

超音波霧化室４と回収部５は、好ましくは搬送気体として不活性ガスを充填する。この装置は、不活性ガスによって、超音波霧化室４や回収部５における溶液の変質が防止される。このため、より高品質な状態で高濃度の溶液を得ることができる。ただし、搬送気体には空気、あるいは水に対する溶解度の低いガスも使用できる。

従来の超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる超音波分離装置を示す概略構成図である。 超音波霧化室と超音波霧化機の一例を示す概略断面図である。 超音波振動子と脱着プレートの連結構造の一例を示す拡大断面図である。 図１２に示す脱着プレートの平面図である。 脱着プレートを超音波霧化室に装着した状態を示す断面図である。 図１４に示す脱着プレートと超音波霧化室の連結構造を示す拡大断面図である。 超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面斜視図である。 超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。 超音波振動子と脱着プレートの連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。 脱着プレートを超音波霧化室に配置する他の一例を示す断面図である。 送風機構の一例を示す拡大断面図である。 送風機構の他の一例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１…超音波霧化機
２…超音波振動子 ２Ａ…振動面
３…超音波電源
４…超音波霧化室 ４Ａ…空間部
５…回収部 ５Ａ…主回収部 ５Ｂ…一次回収部
１０…ポンプ
１１…原液槽
１２…脱着プレート １２Ａ…表面プレート １２Ｂ…裏面プレート
１２ａ…貫通孔 １２ｂ…凹部
１２ｃ…貫通孔
１３…ケーシング １３Ａ…開口部
１４…冷却パイプ
１６…パッキン
１７…蝶番
１８…リングプレート
１９…リード線
２０…コーキング材
２１…固定具 ２１Ａ…貫通孔
２２…固定ネジ
２３…パッキン
２４…固定金具
２５…止ネジ
３０…循環ダクト
３３…冷却用熱交換器
３４…熱交換パイプ
３７…送風機構
４７…気相加熱器
４８…溶液加熱機
４９…スクラバー
５０…ノズル
５１…循環ポンプ
５２…金属板
５３…冷却器
５４…熱交換パイプ
５５…高圧電源
５６…対向電極
５７…パンチング板
５８…分岐路
５９…電極 ５９Ａ…プラス電極 ５９Ｂ…マイナス電極
６０…冷却用熱交換器
６１…循環路
６２…コンプレッサー
６３…膨張弁
６４…第１スプレー容器
６５…第２スプレー容器
６６…ノズル
６７…循環ポンプ
６８…回転羽根
６９…回転軸
７０…モーター
７１…軸受
７２…プラスチックシール材
７３…磁気カップリング
７４…ケーシング
７５…酸素低減器
７８…貯溜部
７９…透過膜
８０…加熱器
Ｗ…溶液面
Ｐ…液柱

Claims (29)

1. 表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液を、超音波霧化室(4)で超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを搬送気体と共に回収部(5)に移送し、回収部(5)で目的物質を凝集させて回収して、目的物質を溶液から分離する方法において、
   超音波霧化室(4)内における搬送気体の温度を、回収部(5)内における搬送気体の温度よりも５℃以上に高くすることを特徴とする溶液の超音波分離方法。
2. 搬送気体を加温して超音波霧化室(4)に循環させる請求項１に記載される溶液の超音波分離方法。
3. 超音波霧化室(4)の溶液を加熱してミストを発生させる請求項１に記載される溶液の超音波分離方法。
4. 表面に移行して表面過剰となる物性の目的物質を含む溶液が供給される超音波霧化室(4)と、この超音波霧化室(4)の内部において、溶液を超音波振動でミストに霧化する超音波振動子(2)と、この超音波振動子(2)に接続されて超音波振動子(2)に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源(3)と、超音波振動子(2)で霧化されたミストを搬送気体と共に移送して、搬送気体に含まれるミストを凝集させて回収する回収部(5)とを備え、超音波霧化室(4)で霧化されたミストを回収部(5)で凝集させて回収する溶液の超音波分離装置において、
   超音波霧化室(4)の搬送気体の温度を回収部(5)の搬送気体の温度よりも５℃以上高く設定してなることを特徴とする溶液の超音波分離装置。
5. 超音波霧化室(4)に循環される搬送気体を加温する気相加熱器(47)を備えており、この気相加熱器(47)で搬送気体を加熱して超音波霧化室(4)に循環させる請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
6. 超音波霧化室(4)の溶液を加熱する溶液加熱機(48)を備えており、この溶液加熱機(48)が溶液を加熱する状態で、超音波霧化機(1)が溶液をミストに霧化する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
7. 回収部(5)がスクラバー(49)あるいはスプレー塔を備えており、このスクラバー(49)あるいはスプレー塔は、回収した溶液を蓄える貯溜部(78)を有すると共に、回収した溶液と搬送気体のミストとを接触させて、搬送気体のミストを回収する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
8. 回収部(5)がスクラバー(49)あるいはスプレー塔を備えており、このスクラバー(49)あるいはスプレー塔は、回収した溶液を蓄える貯溜部(78)を有すると共に、回収した溶液と搬送気体のミストとを接触させた後、サイクロン、小さな穴の多数空いたパンチング板、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカムのいずれかひとつ、または複数の組み合わせでミストを回収する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
9. 搬送気体を超音波霧化室(4)と回収部(5)とに循環させる送風機構(37)を備えており、この送風機構(37)は、搬送気体を移送するための回転羽根(68)と、この回転羽根(68)の回転軸(69)に連結されて回転羽根(68)を回転させるモーター(70)とを備えており、モーター(70)と回転羽根(68)を連結している回転軸(69)の軸受(71)が、プラスチックシール材(72)でシールされ、あるいは、モーター(70)と回転羽根(68)とが磁気カップリング(73)あるいは電磁カップリングで連結されてなる請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
10. 搬送気体を超音波霧化室(4)と回収部(5)とに循環させる送風機構(37)を備えており、超音波霧化室(4)の空間部(4A)の溶液面(W)からの高さを５０ｃｍ以下とし、かつ送風機構(37)が超音波霧化室(4)の空間部(4A)において搬送気体を０．０１ｍ／ｓ以上の流速で移動させる請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
11. 搬送気体を超音波霧化室(4)と回収部(5)とに循環させる送風機構(37)を備えており、超音波霧化室(4)の空間部(4A)の体積Ｖ（リットル）と搬送気体の流量Ｆ（リットル／分）の比率Ｆ／Ｖ（１／分）を１以上に保つように送風機構(37)を運転させる請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
12. 複数の超音波霧化室(4)を多段に積み重ねて配置しており、多段の超音波霧化室(4)を並列または直列に連結している請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
13. 回収部(5)が、導電性の金属板(52)と、この金属板(52)を冷却する冷却器(53)と、金属板(52)に一方の電極を接続している静電場を発生させる高圧電源(55)と、この高圧電源(55)の他方の電極を接続して、金属板(52)と対向する位置に配置している対向電極(56)とを備えている請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
14. 金属板(52)の表面を、導電性を有する撥水剤で被覆している請求項１３に記載される溶液の超音波分離装置。
15. 回収部(5)が主回収部(5A)の前段に一次回収部(5B)を連結しており、この一次回収部(5B)が、サイクロン、小さな穴の多数空いたパンチング板(57)、ワイアメッシュデミスター、シェブロン、バグフィルター、キャピラリーないしハニカム、静電気の吸着力でミストを回収する装置のいずれかひとつ、または複数を備える請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
16. 搬送気体を超音波霧化室(4)と回収部(5)とに循環させる送風機構(37)を備えており、この送風機構(37)を、主回収部(5A)と一次回収部(5B)の間、または超音波霧化室(4)と一次回収部(5B)の間に配設している請求項１５に記載される溶液の超音波分離装置。
17. 回収部(5)が、搬送気体の流入側に一対の分岐路(58)を設けており、一対の分岐路(58)には流入するミストを帯電させるために、一方にプラス電極(59A)を、他方にマイナス電極(59B)を配置しており、分岐路(58)から排出される帯電されたミストを静電気力で凝集させるようにしてなる請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
18. 超音波霧化室(4)と回収部(5)とを循環ダクト(30)で連結しており、循環ダクト(30)と回収部(5)と循環ダクト(30)とに循環される搬送気体の循環路に、搬送気体の酸素濃度を低減する酸素低減器(75)を設けている請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
19. 搬送気体が不活性ガスまたは水に対する溶解度の低いガスである請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
20. 超音波霧化室(4)の排出側に連結されて回収部(5)に供給される搬送気体を冷却する冷却用熱交換器(60)と、回収部(5)の排出側に連結されて超音波霧化室(4)に供給される搬送気体を加温する気相加熱器(47)とを備え、気相加熱器(47)は熱交換器で、気相加熱器(47)の熱交換器と冷却用熱交換器(60)とを連結して冷媒の循環路(61)を設けている請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
21. 冷媒の循環路(61)に、コンプレッサー(62)と膨張弁(63)とを直列に接続して、コンプレッサー(62)で加圧した気体状の冷媒を気相加熱器(47)の熱交換器で液化させて気相加熱器(47)を加熱し、液化された冷媒を冷却用熱交換器(60)で気化させて冷却用熱交換器(60)を冷却するようにしてなる請求項２０に記載される溶液の超音波分離装置。
22. 複数の冷却用熱交換器(60)を直列多段に連結すると共に、複数の気相加熱器(47)を直列多段に連結しており、多段に連結している冷却用熱交換器(60)と気相加熱器(47)の熱交換器とを冷媒が循環できるように連結している請求項２０または２１に記載される溶液の超音波分離装置。
23. 超音波霧化室(4)の内圧を大気圧よりも低くして、回収部(5)の内圧を大気圧よりも高くしている請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
24. 搬送気体を超音波霧化室(4)と回収部(5)とに循環させる送風機構(37)を備えており、この送風機構(37)を、超音波霧化室(4)の排出側であって回収部(5)の供給側に配置している請求項２３に記載される溶液の超音波分離装置。
25. 回収部(5)または循環ダクト(30)の途中に、溶液または粉末を搬送気体中に噴射する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
26. 搬送気体中に回収した溶液を噴射し、あるいはミスト凝集作用のある粒子を噴射する請求項２５に記載される溶液の超音波分離装置。
27. 超音波霧化室(4)から搬送気体を排出する出口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第１スプレー容器(64)を連結して、超音波霧化室(4)に搬送気体を流入させる入口側に、搬送気体中に溶液を噴射する第２スプレー容器(65)を連結しており、第１スプレー容器(64)の蓄える溶液を第２スプレー容器(65)に噴射し、第２スプレー容器(65)に蓄える溶液を第１スプレー容器(64)に噴射する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
28. 回収部(5)が、溶液の溶媒の分子よりも大きく、かつ目的物質の分子よりも小さなポアサイズを持つ透過膜(79)を有し、この透過膜(79)が超音波霧化室(4)で霧化されたミストおよび蒸気に含まれる溶媒の分子を選択的に透過させて、目的物質を分離する請求項４に記載される溶液の超音波分離装置。
29. 透過膜(79)が、ゼオライト、セルロース、カーボンのいずれかである請求項２８に記載される超音波分離装置。
    

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