JP2016123924A - 霧化分離方法と霧化分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて能率よく処理コストを低減しながら、溶液を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する。【解決手段】霧化分離方法は、溶液Ｌを空気中に霧化してミスト混合空気とする霧化工程と、ミスト混合空気に含まれるミストを、空気をキャリアガスとして粒径の大小に分級して空気を排気する分離工程とで溶液Ｌを蒸気圧の異なる成分に分離する。さらに、霧化分離方法は、分離工程において排気される排気空気に含まれるけん熱と潜熱の両方の熱エネルギを回収し、回収熱でもって、霧化工程において霧化される溶液Ｌと、溶液Ｌが噴射される空気のいずれか又は両方を加温する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶液を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離方法と霧化分離装置に関し、とくに、温泉水や海水や廃液、あるいは有機酸、塩類、糖質、アミノ酸、脂肪酸、グリセリン類、グリコール類、核酸、エキス等の溶質を水などの溶媒に含有している溶液の分離に最適な霧化分離方法と霧化分離装置に関する。

水などの溶媒に蒸気圧の低い溶質を溶解している溶液は、水などの溶媒を除去することで種々の特徴が実現される。たとえば、温泉水は、水を除去して濃縮することで、便利に運搬できる。濃縮された温泉水を風呂水などに混合して、家庭用や銭湯の天然温泉と同じ温泉水にできるからである。たとえば、水を除去して１００倍に濃縮している温泉水は、家庭用の２００リットルの浴槽に、わずか２リットルを混合して、天然温泉と同じ水質の温泉水にできる。２リットルの濃縮温泉水は、宅配便などで簡単に輸送できる。しかしながら、２００リットルの温泉水は決して簡単に輸送できない。

温泉水を濃縮するために、温泉水から水分を蒸発させて濃縮する装置や、逆浸透膜で水分を分離して温泉水を濃縮する装置は開発されている（特許文献１及び２参照）。また、アルコール水溶液からアルコールを回収して濃縮する閉鎖型の濃縮装置も開発されている（特許文献３参照）。

特開２００２−２７３４１２号公報 特開２００７−３８０５２号公報 国際公開第２００９／１２２７２８号

特許文献１に記載する装置は、温泉水の水分を蒸発させて除去して濃縮する。この装置は、エネルギー消費が極めて大きく、また高濃度に濃縮するのが難しい。エネルギー消費が大きいのは、水の気化熱が極めて大きく、大きな気化熱を与えて水を蒸発させて除去するからである。また、高濃度に濃縮するのが難しいのは、水を蒸発させる装置の表面に温泉成分が析出されて、これが表面に付着するからである。蒸発装置の表面に温泉成分が析出すると、これが熱伝導を悪化させて、蒸発効率を低下させる。また、析出物は簡単に除去できないために、これを除去するのに極めて手間がかかる欠点もある。

特許文献２の装置は、温泉水を逆浸透膜に透過させて水を除去する。この装置は、温泉水から効率よく速やかに水を除去するのが難しい。このため、処理コストが極めて高くなる欠点がある。また、逆浸透膜は一定時間使用すると逆洗する必要があるので、長時間連続して処理できない欠点もある。

さらに、特許文献３の装置は、アルコール水溶液を超音波振動させてミストとし、ミストを回収して高濃度のアルコールとする。この装置は、霧化機と回収器とに循環して、すなわちキャリアガスを閉ループに循環させて、霧化されたミストを回収器でもってキャリアガスから分離回収してアルコール濃度を高くする。アルコール水溶液を超音波振動で霧化すると、ミストのアルコール濃度は、霧化されない溶液のアルコール濃度よりも高くなる。したがって、ミストをキャリアガスから回収することで、溶液よりも濃度の高いアルコールが得られる。この装置は、キャリアガスを閉ループに循環させながら、キャリアガスからミストを回収してアルコール濃度を高くするので、溶液を超音波振動させる霧化機に供給される空気などのキャリアガスは外部に排気することなく閉ループ内に循環して使用される。この構造は、微細なミストを回収して濃縮するので、微細なミストを効率よく回収するための機構が複雑になる。また、キャリアガスに含まれるミストのアルコール濃度は、溶液よりも高くなるが、その差が小さいために、キャリアガスからミストを回収する装置ではアルコール濃度をそれほど高くできない。

本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて能率よく処理コストを低減しながら溶液を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離方法と霧化分離装置とを提供することにある。

本発明の霧化分離方法は、溶液Ｌを霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離方法であって、溶液Ｌを空気中に霧化してミスト混合空気とする霧化工程と、ミスト混合空気に含まれるミストを、空気をキャリアガスとして粒径の大小に分級して空気を排気する分離工程とで溶液Ｌを蒸気圧の異なる成分に分離する。さらに、霧化分離方法は、分離工程において排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収し、回収熱でもって、霧化工程において霧化される溶液(L)と、溶液(L)が噴射される空気のいずれか又は両方を加温する。

本発明の霧化分離方法は、霧化工程で霧化される溶液Ｌを、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液Ｌとし、分離工程では、粒径の小さい微細ミストを含む空気を排気空気として排気し、分級された粒径の大きな大粒ミストを回収して溶液Ｌに環流して、溶液Ｌを濃縮することができる。

本発明の霧化分離方法は、霧化工程で霧化される溶液Ｌ又は空気を外部から供給される外部エネルギで加温することができる。

本発明の霧化分離方法は、排気空気のけん熱を熱交換器５５で回収した後、分離工程において排気される排気空気を加圧して凝縮器４７に供給し、この凝縮器４７で排気空気の潜熱を気化成分の凝集熱として回収して、排気空気の潜熱とけん熱とを回収熱として回収することができる。

本発明の霧化分離方法は、排気空気のけん熱を熱交換器５５で回収した後、熱交換器５５を通過して排気される排気空気の潜熱をヒートポンプ式の潜熱回収器４２で回収することができる。

本発明の霧化分離方法は、分離工程を、ミスト混合空気に含まれるミストを粒径で分級して大粒ミストを溶液に環流する第１の分離工程と、この第１の分離工程で大粒ミストの分離されたミスト混合空気に含まれるミストをさらに粒径で分級して大粒ミストを溶液Ｌに環流して、大粒ミストの分離された微細ミストを含む排気空気を排気する第２の分離工程とで構成し、第１の分離工程においては、第２の分離工程よりも粒径の大きな大粒ミストを分離して溶液Ｌに環流することができる。

本発明の霧化分離方法は、分離工程において、ミスト混合空気の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ以下とすることができる。

本発明の霧化分離方法は、霧化工程の前工程として、霧化される溶液をろ過するろ過工程を設け、このろ過工程において、溶液Ｌを逆浸透膜６１に透過させて溶媒の一部を除去し、溶媒の一部が除去された液を霧化工程で霧化することができる。

本発明の霧化分離装置は、溶液Ｌを霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離装置であって、溶液Ｌを空気中に霧化してミスト混合空気とする霧化機１と、この霧化機１に空気を供給する送風器２と、霧化機１から排出されるミスト混合空気に含まれるミストを、空気をキャリアガスとして粒径の大小に分級して空気を排気する分級器３と、分級器３から排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収する排熱回収器４と、この排熱回収器４が回収する回収熱でもって、霧化機１の溶液Ｌと空気のいずれか又は両方を加温する排熱加温器５とを備える。さらに、霧化分離装置は、排熱回収器４でもって霧化機１から排出される排気空気の潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収熱として回収し、この回収熱でもって排熱加温器５が霧化機１の溶液Ｌ又は空気を加温して溶液Ｌを蒸気圧の異なる成分に分離する。

本発明の霧化分離装置は、霧化機１で空気中に霧化される溶液Ｌを、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液Ｌとし、分級器３で分級された微細ミストを含む排気空気を外部に排気すると共に、分級器３で分級される大粒ミストを溶液Ｌに環流して、溶液Ｌを濃縮することができる。

本発明の霧化分離装置は、排熱回収器４が、分級器３から排出される排気空気のけん熱を回収するけん熱回収器４１と、このけん熱回収器４１から排出される排気空気の潜熱を回収する潜熱回収器４２を備える構造とすることができる。

本発明の霧化分離装置は、潜熱回収器４２を、分級器３から排出される排気空気を加圧するコンプレッサ４６と、このコンプレッサ４６で加圧された排気空気に含まれる気化成分を凝縮させる凝縮器４７と、この凝縮器４７の排出側に接続してなる膨張弁４８とを備える構造として、凝縮器４７を排熱加温器５に連結することができる。

本発明の霧化分離装置は、潜熱回収器４２を、分級器３から排出される排気空気の熱エネルギでもって循環される冷媒に熱エネルギを与えて冷媒を気化させる蒸発器５６と、この蒸発器５６から排出される冷媒ガスを加圧するコンプレッサ５７と、このコンプレッサ５７から排出される冷媒ガスを冷却、液化させて凝縮熱を放出する第２の凝縮器５８と、第２の凝縮器５８と蒸発器５６との間に連結してなる膨張弁５９とで構成して、第２の凝縮器５８を排熱加温器５とすることができる。

本発明の霧化分離装置は、排熱加温器５を、霧化機１に供給される空気を加温する空気の排熱加温器５Ａと、霧化機１に供給される溶液を加温する溶液の排熱加温器５Ｂとを備える構造とすることができる。

本発明の霧化分離装置は、分級器３が、互いに直列に連結してなる第１の分級器３Ａ及び第２の分級器３Ｂを備え、ミスト混合空気が第１の分級器３Ａから第２の分級器３Ｂに供給されると共に、第１の分級器３Ａが第２の分級器３Ｂよりも大粒のミストを分離することができる。

本発明の霧化分離装置は、分級器３Ｂをサイクロン３５又はバグフィルターとすることができる。

本発明の請求項１に記載する霧化分離方法と、請求項９に記載する霧化分離装置は、極めて能率よく、処理コストを低減しながら、溶液を蒸気圧の異なる成分に分離できる特徴がある。それは、以上の方法と装置が、溶液を空気中に霧化してミスト混合空気とし、このミスト混合空気に含まれるミストを粒径の大小に分級して空気を排気し、さらに、排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収して、回収熱で霧化される溶液や空気を加温するからである。

さらに、本発明の方法と装置は、排気される排気空気から潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収して、廃棄される回収熱で、霧化機に供給する空気や溶液を加温するので、廃棄される排熱を有効に利用して溶液や空気を加温できる。潜熱とけん熱の両方の排熱を有効利用して空気や溶液を加温することで、溶液の霧化効率を向上して、より少ないエネルギーで溶液を分離できる特徴がある。とくに、本発明の霧化分離方法と霧化分離装置は、排気する排気空気から、けん熱のみでなく潜熱を含む熱エネルギを効率よく回収して、霧化効率を向上するので、外部から与える熱エネルギを少なくして、溶液をより高効率に分離できる特徴がある。

本発明の請求項２に記載する霧化分離方法と、請求項１０に記載する霧化分離装置は、極めて能率よく、処理コストを低減しながら、しかも、一度の処理で溶液を著しく高濃度に濃縮できる特徴がある。それは、以上の方法と装置が、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液を空気中に霧化してミスト混合空気とし、このミスト混合空気に含まれるミストを粒径の大小に分級して、粒径の小さい微細ミストを含む排気空気を外部に排気し、粒径の大きな大粒ミストを溶液に環流して溶液を濃縮するからである。

溶媒よりも低い蒸気圧の溶質を含む溶液を霧化すると、ミストの粒径によって溶質の濃度が異なり、大粒ミストは溶質の濃度が高くなるが、微細ミストは溶質の濃度が低くなって、ほとんどが溶媒となる。したがって、微細ミストを空気と一緒に排気空気として外部に排気することで、溶媒が除去されて溶質の濃度が高くなって濃縮される。たとえば、温泉水を霧化すると、微細ミストには温泉成分がほとんど含まれず、溶媒の水がほとんどとなるので、これを空気と一緒に外部に排気して、温泉水から水分を除去できる。以上の方法と装置は、溶媒の水を気化させて除去するのでなく、微細ミストとして温泉水から除去するので、溶液に気化熱を加えることなく、温泉水から除去される。溶液を霧化するのに必要なエネルギーは、溶液を気化させるのに必要なエネルギーよりも極めて小さく、また、微細ミストを分級して空気と一緒に外部に排気するために必要なエネルギーも極めて小さく、本発明の方法と装置は、極めて少ないエネルギーで温泉水などの溶液を効率よく分離して濃縮できる。また、溶液を霧化して微細ミストを空気と一緒に外部に排気して水などの溶媒を除去するので、加熱して気化させる方法のように析出物が付着する等の弊害もなく、溶液を極めて高濃度に濃縮できる。たとえば、本発明の方法と装置は、析出物を発生することなく、温泉水を１００倍にも濃縮することが可能となる。

本発明の一実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる霧化分離装置の概略構成図である。 空気中に飛散されるミストの粒度分布を示す図である。 筒体の一例を示す拡大断面正面図である。 二流体ノズルの一例を示す拡大断面図である。 第１の分級器を示す概略構成図である。 大粒ミストと微細ミストとが空気で移送される状態を示す拡大断面図である。

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霧化分離方法と霧化分離装置を例示するものであって、本発明は霧化分離方法と霧化分離装置とを以下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やすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

霧化分離方法と霧化分離装置は、溶液を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する。この方法と装置は、溶液を空気中に霧化してミスト混合空気とし、このミスト混合空気から微細ミストを分級して、微細ミストを含む排気空気を外部に排気して、溶液を蒸気圧の異なる成分に分離する。この霧化分離方法と霧化分離装置は、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液を濃縮する。以上の方法と装置は、溶液を空気中に霧化してミスト混合空気とし、このミスト混合空気から微細ミストを分級して、微細ミストを含む排気空気を外部に排気して溶液から溶媒を除去する。溶液は、温泉水や海水や廃液のように、水に低い蒸気圧の溶質を溶解しているもの、あるいは有機酸、塩類、糖質、アミノ酸、脂肪酸、グリセリン類、グリコール類、核酸、エキスの少なくともひとつを含む溶質を水などの溶媒に溶解しているものである。

溶液を空気中に霧化すると、霧化されたミストの粒径によって、溶質の濃度が異なり、微細なミストの溶質濃度は、大粒ミストの溶質濃度よりも低くなる。したがって、微細ミストを空気と一緒に排気して、溶液から溶媒を除去して溶質の濃度を高くできる。従来の閉鎖型の濃縮方法や装置のように、微細ミストを回収して濃縮するのではない。微細ミストが空気と一緒に外部に排気されて、溶質の濃度は高くなる。

図１ないし図７に示す霧化分離装置は、溶液を空気中に噴霧してミスト混合空気とする霧化機１と、この霧化機１に空気を供給する送風器２と、霧化機１で得られるミスト混合空気に含まれるミストを粒径で分級して、分級される大粒ミストを溶液に環流して、粒径の小さい微細ミストを、空気をキャリアガスとするミスト混合空気として外部に排気する分級器３と、分級器３から排気される微細ミストを含む排気空気から潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収する排熱回収器４と、この排熱回収器４で回収する回収熱でもって、霧化機１に供給する空気又は溶液のいずれか又は両方を加温する排熱加温器５とを備える。

以上の霧化分離装置は、分級器３で分級された微細ミストを含むミスト混合空気を排気空気として外部に排気して水分を除去して溶液を濃縮し、さらに排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを排熱回収器４で回収して、回収熱を排熱加温器５に供給して、排熱加温器５で霧化される溶液Ｌ又は空気を加温して効率を高くして溶液Ｌを濃縮する。

図１ないし図４、図６、及び図７の霧化機１は、溶液を超音波振動させて空気中にミストとする。この超音波霧化機１Ａは、溶液と空気とが供給される閉鎖構造の霧化室１１と、この霧化室１１の溶液を超音波振動させてミストに霧化する複数の超音波振動子１２と、この超音波振動子１２に交流電力を供給する超音波電源１３を備える。

霧化室１１は閉鎖されたチャンバーで、内部の溶液Ｌを超音波振動させてキャリアガスの空気中に噴霧する。噴霧されたミストは、空気に混合されてミスト混合空気となる。霧化室１１は、溶液Ｌの液面レベルを一定に保持している。液面レベルは、超音波振動子１２で超音波振動されて、溶液Ｌを効率よく霧化できる位置に設定される。溶液Ｌの液面レベルを一定に保持するために、霧化室１１は、ポンプ７を介して、溶液Ｌを蓄えている溶液槽６に連結されると共に、排出側を溶液槽６に連結している。この霧化室１１は、排出側に設けた排液口から溶液をオーバーフローさせて、液面レベルを一定に保持し、あるいは吐出口から所定量の溶液を排出しながら、溶液の液面レベルをレベルセンサで検出して、レベルセンサでポンプの運転をコントロールして一定の液面レベルに保持する。

図１ないし図３、図６、及び図７に示す開放型の霧化分離装置は、霧化室１１の液面レベルを一定に保持しながら、溶液を溶液槽６と霧化室１１とに循環して、溶液槽６と霧化室１１の溶質濃度を濃縮する。この装置は、霧化室１１と溶液槽６の濃度が設定濃度になると、両方の溶液を排出して、新しい溶液に入れ替える。

図４の開放型の霧化分離装置は、霧化室１１と溶液槽６とに溶液を循環させることなく、霧化室１１に供給される溶液を、流入側から排出側に移送しながら次第に濃縮する。この装置は、流入側に供給される溶液から水分を除去しながら排出側に移送し、排出側で濃縮された溶液を排出する。この図の霧化室１１は、複数の超音波振動子１２を溶液の移送方向に、すなわち流入側と排出側との間に並べている。この霧化室１１は、流入側に供給される溶液を、各々の霧化室１１で霧化しながら、排出側に移送する。したがって、溶液は流入側から排出側に移送されるにしたがって溶媒の水がミストとして除去されて濃縮される。複数の超音波振動子１２を通過して所定の濃度に濃縮された溶液は、排出側から外部に排出される。

溶液は、超音波振動子１２で超音波振動されてミストとなって空気中に噴霧される。超音波振動で空気中に噴霧されるミストは、粒径によって溶質の濃度が異なる。粒径の小さい微細ミストは、大粒ミストよりも溶質の濃度が低く、ほとんどを溶媒とするミストである。図８は、超音波振動で空気中に飛散されるミストの粒度分布を示している。この図に示すように、超音波振動で空気中に飛散されて霧化されたミストは、粒径によって３領域のミストに分離される。ミストの粒径が小さくなるにしたがって、溶質濃度が低くて溶媒濃度が高いミストとなる。したがって、粒径を数μｍ以下とする最も小さい微細ミストには溶質がほとんど含まれず、ほとんどが水などの溶媒のミストとなる。このため、微細ミストを分級して空気と一緒に排気空気として外部に排気することで、溶液から水分等の溶媒を除去して濃縮できる。ミストの粒径が大きくなるにしたがって溶質成分が増加するので、大粒ミストを分級して霧化室１１に環流して、溶質成分が除去されるのを防止する。図８に示すように、粒径を数μｍ以上とする最大ミストと中間ミストは、溶質の含有率が高いので、大粒ミストとして霧化室１１の溶液に環流し、ほとんどを溶媒成分として溶質成分の少ない微細ミストは、排気空気として分級器３から外部に排気して、溶液から除去される。

霧化室１１で溶液が超音波振動されると、上方に突出するように液柱Ｐができ、この液柱Ｐの表面からミストが空気中に飛散される。図１ないし図４、図６、及び図７の超音波霧化機１Ａは、溶液を充填している霧化室１１の底に、複数の超音波振動子１２を並べて上向きに配設している。超音波振動子１２は、底から溶液面に向かって上向きに超音波を放射して、溶液面を超音波振動させて、液柱Ｐを発生させる。超音波振動子１２は、垂直方向に超音波を放射する。

図１ないし図４、図６、及び図７の超音波霧化機１Ａは、複数の超音波振動子１２と、これ等の超音波振動子１２を超音波振動させる超音波電源１３と、超音波振動子１２の上方に配置している筒体１４とを備える。超音波振動子１２は、霧化室１１の底に水密構造に固定される。

筒体１４は、超音波振動子１２の上方に配設されて、超音波振動子１２で超音波振動される溶液を効率よくミストとして噴霧する。筒体１４は、先端を細くする円錐筒状として、上端に噴霧口１５を開口している。これらの図の超音波霧化機１Ａは、霧化室１１に供給される溶液を、筒体１４の内部に供給すると共に、筒体１４内部に供給される溶液に、噴霧口１５に向かって超音波振動子１２から超音波振動を与えて、噴霧口１５からミストに霧化して飛散させる。図の超音波振動子１２は、上方に超音波を放射する。したがって、筒体１４は、超音波振動子１２の上方に、垂直な姿勢で配設している。

図１ないし図４、図６、及び図７に示す霧化分離装置は、霧化室１１の下部に複数の筒体１４を配設している。この超音波霧化機１Ａは、複数の筒体１４を、超音波振動子１２を固定している底板から上方に離して配設している。この超音波霧化機１Ａは、筒体１４の下端よりも下方に位置する超音波振動子１２の超音波振動を筒体１４の内部に案内し、筒体１４の上端にある噴霧口１５からミストとして飛散させる。複数の筒体１４は同一平面上に配設している。この超音波霧化機１Ａは、霧化室１１に供給される溶液を、超音波振動によって複数の筒体１４の噴霧口１５から気体中に噴霧する。

図１ないし図４、図６、及び図７の筒体１４は、上端に向かって次第に細くなる円錐ホーンである。ただし、筒体１４は、内面の形状をエクスポーネンシャルカーブとするエクスポーネンシャルホーンとすることもできる。円錐ホーンやエクスポーネンシャルホーンの筒体１４は、内部に効率よく超音波振動を伝達させて、溶液を能率よくミストに霧化できる特徴がある。ただ、筒体は、円筒形状、楕円筒状、多角筒状とすることもできる。

筒体１４の噴霧口１５から空気中に噴霧されるミストは、キャリアガスの空気に混合されてミスト混合空気となって霧化室１１から分級器３に供給される。筒体１４は、図９に示すように、噴霧口１５の周囲に、キャリアガスの空気を噴出する噴気口１６を開口して設けている。図９の筒体１４は、内筒１４ａの外側に外筒１４ｂを配設して、内筒１４ａと外筒１４ｂとの間にキャリアガスの空気のダクト１７を設けている。ダクト１７は、筒体１４の上端の噴霧口１５の周囲に噴気口１６を開口しており、ダクト１７に供給されるキャリアガスの空気を噴気口１６から排出するようにしている。噴気口１６は、筒体１４上端の周囲に、スリット状に開口されている。スリット状の噴気口１６は、空気をリング状に排気する。リング状に排気される気体の空気中に溶液が突出されて、突出される溶液の表面から空気中にミストが放出される。この構造の筒体１４は、噴霧口１５から突出する液柱Ｐの表面に新鮮な気体を供給するので、液柱Ｐの表面から効率よくミストＭに霧化できる。ミストＭが溶液濃度の低い気体中に霧化されるからである。筒体１４を備える超音波霧化機１Ａは溶液を効率よく霧化できるが、超音波霧化機には必ずしも筒体を設ける必要はない。

筒体１４のダクト１７は、送風器２に連結している。送風器２から供給されるキャリアガスの空気は、噴気口１６から排出され、排出される空気中にミストが噴霧されてミスト混合空気となる。

図１ないし図４、図６、及び図７の超音波霧化機１Ａは、筒体１４の上端から噴霧されるミスト混合空気を効率よく回収して霧化室１１から排出するために、筒体１４の噴霧口１５の上方に、ミスト混合空気の吸入部１８を設けている。図に示す吸入部１８は、円筒状のパイプで、筒体１４の上方に垂直の姿勢で配置している。筒状のパイプである吸入部１８は、下端を筒体１４の上部に配置して、上端を霧化室１１の上方に延長している。図に示す吸入部１８は、筒体１４の上端縁の真上に位置する。ただ、吸入部は、下端部を筒体の上部にラップする状態で配置することも、あるいは、下端縁を筒体の上端縁から離して配置することもできる。さらに、吸入部１８の下端の開口部は、筒体１４の噴霧口１５よりも広い開口面積としており、筒体１４の上端から噴霧されるミスト混合空気を漏れなく回収できるようにしている。吸入部１８の上端は、霧化室１１の上部で連結されており、この連結部をダクト１９に連結して、吸入部１８で回収されたミストをダクト１９を介して分級器３に移送する。

図５の霧化機１Ｂは、霧化室２１の内部に、溶液を空気中に噴霧する噴霧ノズル２２を配置して、この噴霧ノズル２２に溶液を加圧して供給する加圧ポンプ７Ａを連結している。さらに、霧化室２１には送風器２を連結して空気を供給している。この霧化機１Ｂは、送風器２から供給される空気中に、噴霧ノズル２２が溶液を噴霧して、ミスト混合空気とする。ミスト混合空気は配管３８を介して分級器３に移送される。この図の霧化機１Ｂは、噴霧ノズル２２が溶液のみを空気中に噴射してミスト混合空気とする。

霧化機は、噴霧ノズルに二流体ノズルを使用し、溶液と加圧された空気とを二流体ノズルに供給して、二流体ノズルからミスト混合空気として噴射することもできる。二流体ノズルは、空気と溶液の両方を加圧して供給し、あるいは空気のみを加圧して供給して、高速流動する空気で溶液を吸入してミスト混合空気として噴射することができる。図１０は二流体ノズル２２Ａの一例を示している。この図の二流体ノズル２２Ａは、ふたつの円柱状リング２４、２５の先端面に、テーパー状であってふたつの円柱状リング２４、２５の先端面を同一平面とする平滑面２８を設けて、ふたつの円柱状リング２４、２５の間に、溶液Ｌを噴射する所定の幅のリング状の溶液路２６を設けている。さらに平滑面２８の先端にはエッジ２９を設けている。さらに、二流体ノズル２２Ａは、平滑面２８に沿って、エッジ２９に向かって空気Ｇを噴射する噴射路２７を設けている。ふたつの円柱状リング２４、２５の間であって、平滑面２８の途中に設けている溶液路２６から排出される溶液Ｌは、噴射路２７から平滑面２８に沿ってエッジ２９に向かって噴射される空気Ｇでもって、平滑面２８を流動して流動方向に引き延ばされて薄膜流Ｔとなり、平滑面２８の先端のエッジ２９から空気Ｇと一緒にミストＭとして噴霧される。したがって、この二流体ノズル２２Ａは、溶液と空気とのミスト混合空気として噴射する。

さらに、図５の霧化機１Ｂは、霧化室２１の内部に、溶液をミストに噴霧する噴霧ノズル２２と、この噴霧ノズル２２から噴霧されるミストを静電気で微細な粒子とする霧化電極５３と、この霧化電極５３と噴霧ノズル２２とに接続されて霧化電極５３と噴霧ノズル２２とに高電圧をかけて噴霧ノズル２２から噴射されるミストを微細化する高圧電源５４とを備えている。この霧化機１Ｂは、噴霧ノズル２２から空気中に噴射される溶液を霧化電極５３でミストに霧化する。

溶液の温度は、溶液を霧化する効率に影響を与える。溶液の温度を設定温度として、霧化効率を高くできる。図１ないし図７の開放型の霧化分離装置は、溶液を設定温度に加温するヒーター８を備える。ヒーター８は、電気ヒーター、あるいは加熱蒸気や温水等の加熱媒体で溶液を加温する熱交換器である。これらの図の装置は、霧化室１１、２１に溶液を供給する配管の途中にヒーター８を設けている。図示しないが、ヒーターは、霧化機の内部に設けて、霧化機内の溶液を加温することもできる。ヒーター８は、溶液の温度を例えば２０℃以上に、好ましくは２５℃以上に、さらに好ましくは３０℃以上に加温する。溶液を加温する温度を高くすると、ヒーター８の消費エネルギーが大きくなるので、溶液の温度は、例えば８０℃以下、好ましくは７０℃以下、さらに好ましくは５０℃以下とする。温度の高い溶液は、これを加温するヒーターを設けることなく、高い霧化効率で霧化できる。したがって、本発明の方法と装置は、溶液を加温するヒーターは、必ずしも設ける必要はない。

さらに、霧化機１に供給されるキャリアガスの空気温度を設定温度に加温して溶液の霧化効率を高くできる。図１ないし図７の装置は、キャリアガスの空気を、分級器３から排気される排気空気の排熱を回収して、回収熱で空気を加温する。排気される排気空気の排熱を回収するために、排熱回収器４を備える。排熱回収器４の回収熱で空気や溶液を加温する排熱加温器５を備える。

排熱回収器４は、分級器３から排気される微細ミストを含む排気空気からけん熱のみでなく潜熱も回収する。排気空気は、けん熱が回収されて温度が低下する。けん熱は、熱交換器５５で回収できる。排気空気は、ミストの気化された気体成分を含むので、ミストの気化成分を液化させることで凝縮熱が発生する。この凝縮熱は、排気空気の潜熱として回収できる。ミストに含まれる気化成分を凝縮して回収する潜熱は、排気空気に含まれるけん熱に比較して熱エネルギが相当に大きい。したがって、排気空気からけん熱のみでなく潜熱をも回収することで極めて大きな熱エネルギを回収できる。排気空気に含まれる気化成分の凝縮熱を潜熱として回収するには、排気空気に含まれる気化成分を液化させて、凝縮熱を放出させる必要がある。排熱回収器４は、排気空気を強制的に冷却して凝縮熱を潜熱として回収する潜熱回収器４２を備える。図１ないし図７に示す霧化分離装置は、分級器３で分級された微細ミストを含む排気空気を外部に排気して、排気される排気空気から、けん熱と潜熱の両方の排熱を回収する。

排熱回収器４は、分級器３から排出される排気空気のけん熱を回収するけん熱回収器４１と、排気空気の潜熱を回収する潜熱回収器４２とを備える。図１と図２の１霧化分離装置は、けん熱と潜熱の両方を回収する排熱回収器４を備え、図３〜図５の霧化分離装置は、けん熱回収器４１と潜熱回収器４２とを備える。

図１と図２の霧化分離装置は、排気空気のけん熱と潜熱の両方をヒートポンプ式の排熱回収器４で回収する。図１に示す排熱回収器４は、排気空気のけん熱と潜熱の両方を回収する蒸発器５６を備える。蒸発器５６は、分級器３から排出される排気空気の熱エネルギで内部に循環させている冷媒を気化させて、冷媒の気化熱で排気空気を強制的に冷却して、排気空気に含まれるけん熱と潜熱の両方を排熱として回収する。したがって、この図の霧化分離装置は、排熱回収器４でもって、けん熱と潜熱の両方の熱エネルギを回収する。

図１の排熱回収器４は、分級器３から排出される排気空気の熱エネルギでもって循環される冷媒に熱エネルギを与えて冷媒を気化させる蒸発器５６と、蒸発器５６から排出される冷媒ガスを加圧するコンプレッサ５７と、コンプレッサ５７から排出される冷媒ガスを冷却、液化させて凝縮熱を放出する第２の凝縮器５８と、第２の凝縮器５８と蒸発器５６との間に連結している膨張弁５９と、冷媒を循環させる循環路６０とを備え、第２の凝縮器５８を排熱加温器５としている。このヒートポンプ式の排熱回収器４は、蒸発器５６で冷媒を気化し、気化された冷媒ガスをコンプレッサ５７で加圧し、加圧された冷媒ガスを第２の凝縮器５８で液化し、液化された冷媒を蒸発器５６に循環して気化させる。冷媒は、蒸発器５６→コンプレッサ５７→第２の凝縮器５８→膨張弁５９→蒸発器５６の順に、循環路６０に循環される。蒸発器５６は、排気空気から熱エネルギを奪ってその熱エネルギで冷媒を気化させる。排気空気は気化熱が奪われて冷却されて、含有する気化成分を液化させる。液化される気化成分は凝縮熱を発生し、凝縮熱が冷媒を気化させる熱エネルギに使用される。蒸発器５６は、排気空気を冷却してけん熱と潜熱の両方を回収する。第２の凝縮器５８は、気化された冷媒を液化し、すなわち凝縮させて凝縮熱を発生する。第２の凝縮器５８は排熱加温器５に使用され、冷媒の凝縮熱で、霧化機１に供給する溶液と霧化機１に供給する空気の両方を加温する。ただ、霧化分離装置は、排熱回収器で回収された熱エネルギで、霧化機に供給する溶液と空気のいずれか一方のみを加温することもできる。

図２に示す霧化分離装置のヒートポンプ式の排熱回収器４は、分級器３から排出される排気空気を加圧するコンプレッサ４６と、このコンプレッサ４６で加圧された排気空気に含まれる気化成分を凝縮させる凝縮器４７と、この凝縮器４７の排出側に接続している膨張弁４８とを備える。この排熱回収器４は、排気空気を凝縮器４７の内部で加圧して、水などの溶媒の沸点を高くする。沸点が高くなった排気空気は、沸点よりも低い温度で気化している溶媒を液化させて、気化熱に相当する凝縮熱を発生する。凝縮器４７に発生する凝縮熱は、排気空気の潜熱を回収した回収熱であって、この回収熱でもって、霧化機１に供給する溶液や空気を加温する。

図２の排熱回収器４の凝縮器４７は、水等の熱媒体を充填している密閉ケース４９内に、排気空気を排気するパイプを水密構造に配置している熱交換器５５である。凝縮器４７の熱媒体はパイプ内で凝縮する排気空気の凝縮熱で加温される。熱媒体は、排気空気の凝縮熱で加温されて、排気空気の熱エネルギを回収する。熱エネルギを回収して加温された熱媒体、すなわち回収熱で加温された熱媒体は、循環ポンプ５０で排熱加温器５に循環される。排熱加温器５は、回収熱で加温された熱媒体でもって、霧化機１に供給される溶液を加温する。図の霧化分離装置は、排熱加温器５でもって、霧化機１に供給する溶液を加温するが、図の鎖線で示すように、霧化機１に供給する空気を加温することもできる。

図３〜図５の霧化分離装置は、けん熱回収器４１と潜熱回収器４２の両方を備える。けん熱回収器４１は、排気空気の温度を低下して排気空気のけん熱を回収する熱交換器５５を備える。熱交換器５５は、排気空気の排気路３９に循環流体を通過させる循環路４３を熱結合状態に配置している。熱交換器５５であるけん熱回収器４１の排気路３９には、排気される排気空気を流し、循環路４３には循環ポンプ４４で液体や気体の循環流体を循環させる。この構造のけん熱回収器４１は、排気路３９から循環路４３に熱伝導して、排気空気の排熱で循環路４３の循環流体を加温する。すなわち、排気空気のけん熱で循環流体を加温して、排気空気のけん熱を回収する。循環流体は、排熱加温器５に循環されて、回収熱を排熱加温器５に供給する。けん熱の回収された排気空気は、さらに潜熱回収器４２によって潜熱が回収される。

図３〜図５の霧化分離装置は、けん熱回収器４１で回収した排気空気のけん熱で、霧化機１に供給する空気を加温している。したがって、けん熱回収器４１は、空気の排熱加温器５Ａに連結されて、回収熱を空気の排熱加温器５Ａに供給する。以上の霧化分離装置は、けん熱回収器４１で回収する回収熱で霧化機１に供給する空気を加温するが、図の鎖線で示すように、この回収熱で霧化機１に供給する溶液を加温することもできる。

図６の霧化分離装置（ただし、この図は潜熱回収器を省略している。）に示すように、けん熱回収器４１と空気の排熱加温器５Ａとを一体構造とする熱交換器５５とすることができる。この熱交換器５５は、排気空気の排気路３９に、霧化機１に供給する空気を通過させる空気路４５を互いに熱結合状態に配置する。この熱交換器５５は、排気路３９には排気される排気空気を流し、空気路４５には霧化機１に供給する空気を通過させる。この熱交換器５５は、排気路３９から空気路４５に熱伝導して、排気空気のけん熱で空気路４５の空気を加温する。熱交換器５５でけん熱の回収された排気空気は、図示しないが、さらに潜熱回収器によって潜熱が回収される。

潜熱回収器４２は、分級器３から排出される排気空気の潜熱を回収する。排熱回収器４は、排気空気のけん熱を熱交換器５５で回収した後、熱交換器５５を通過して排気される排気空気の潜熱をヒートポンプ式の潜熱回収器４２で回収する。図４と図５に示す霧化分離装置のヒートポンプ式の潜熱回収器４２は、分級器３から排出される排気空気を加圧するコンプレッサ４６と、このコンプレッサ４６で加圧された排気空気に含まれる気化成分を凝縮させる凝縮器４７と、この凝縮器４７の排出側に接続している膨張弁４８とを備える。この潜熱回収器４２は、排気空気を凝縮器４７の内部で加圧して、水などの溶媒の沸点を高くする。沸点が高くなった排気空気は、沸点よりも低い温度で気化している溶媒を液化させて、気化熱に相当する凝縮熱を発生する。凝縮器４７に発生する凝縮熱は、排気空気の潜熱を回収した回収熱であって、この回収熱でもって、霧化機１に供給する溶液や空気を加温する。

潜熱回収器４２の凝縮器４７は、水等の熱媒体を充填している密閉ケース４９内に、排気空気を排気するパイプを水密構造に配置している熱交換器５５である。凝縮器４７の熱媒体はパイプ内で凝縮する排気空気の凝縮熱で加温される。熱媒体は、排気空気の潜熱で加温されて、排気空気の潜熱を回収する。潜熱を回収して加温された熱媒体、すなわち回収熱で加温された熱媒体は、循環ポンプ５０で排熱加温器５に循環される。排熱加温器５は、回収熱で加温された熱媒体でもって、霧化機１に供給される溶液を加温する。

図３の霧化分離装置は、排気空気のけん熱を熱交換器５５のけん熱回収器４１で回収した後、けん熱回収器４１の熱交換器５５から排気される排気空気の潜熱を、ヒートポンプ式の潜熱回収器４２で回収する。この潜熱回収器４２は、分級器３から排出される排気空気の熱エネルギでもって循環される冷媒に熱エネルギを与えて冷媒を気化させる蒸発器５６と、蒸発器５６から排出される冷媒ガスを加圧するコンプレッサ５７と、コンプレッサ５７から排出される冷媒ガスを冷却、液化させて凝縮熱を放出する第２の凝縮器５８と、第２の凝縮器５８と蒸発器５６との間に連結している膨張弁５９と、冷媒を循環させる循環路６０とを備え、第２の凝縮器５８を排熱加温器５としている。このヒートポンプ式の潜熱回収器４２は、蒸発器５６で冷媒を気化し、気化された冷媒ガスをコンプレッサ５７で加圧し、加圧された冷媒ガスを第２の凝縮器５８で液化し、液化された冷媒を蒸発器５６に循環して気化させる。冷媒は、蒸発器５６→コンプレッサ５７→第２の凝縮器５８→膨張弁５９→蒸発器５６の順に、循環路６０に循環される。蒸発器５６は、排気空気から熱エネルギを奪ってその熱エネルギで冷媒を気化させる。排気空気は気化熱が奪われて冷却されて、含有する気化成分を液化させる。液化される気化成分は凝縮熱を発生し、凝縮熱が冷媒を気化させる熱エネルギに使用される。蒸発器５６は、排気空気を冷却して潜熱を回収する。第２の凝縮器５８は、気化された冷媒を液化し、すなわち凝縮させて凝縮熱を発生する。第２の凝縮器５８は排熱加温器５に使用され、冷媒の凝縮熱で霧化機１に供給する溶液を加温する。

図３〜図５の霧化分離装置は、排気空気の潜熱を潜熱回収器４２で回収し、回収した潜熱を回収熱として溶液の排熱加温器５Ｂに供給する。溶液の排熱加温器５Ｂは、霧化機１の溶液を加温して霧化効率を向上させる。以上の霧化分離装置は、潜熱の回収熱で霧化機１の溶液を加温するが、図の鎖線で示すように、この回収熱で霧化機１に供給する空気を加温することもできる。

排熱加温器５は、霧化機１に供給される空気を加温する空気の排熱加温器５Ａと、霧化機１に供給される溶液を加温する溶液の排熱加温器５Ｂとを備える。図１〜図５の霧化分離装置は、空気の排熱加温器５Ａと溶液の排熱加温器５Ｂの両方を備える。これ等の霧化分離装置は、けん熱回収器４１で回収されるけん熱の回収熱を空気の排熱加温器５Ａに供給して霧化機１に供給される空気を加温し、潜熱回収器４２で回収する潜熱の回収熱を溶液の排熱加温器５Ｂに供給して霧化機１に供給される溶液を加温する。

本発明の霧化分離装置は、図の鎖線で示すように、けん熱回収器４１で回収するけん熱の回収熱でもって霧化機１に供給される溶液を加温し、また潜熱回収器４２で回収する潜熱の回収熱でもって霧化機１に供給する空気を加温することもできる。さらに、図１ないし図４、及び図６に示す霧化機においては、溶液の排熱加温器で、霧化室内の溶液を加温することもできる。

図２〜図５に示す霧化分離装置は、潜熱回収器４２と溶液の排熱加温器５Ｂとを別々に設けて、潜熱回収器４２で回収する回収熱を溶液の排熱加温器５Ｂに供給して、霧化機１の溶液を加温するが、排熱回収器４と排熱加温器５とは一体構造とすることができる。図７の霧化分離装置は、排熱回収器４の凝縮器４７の密閉ケース４９内に、霧化機１に供給する溶液と空気とを通過させて、排気空気の潜熱とけん熱の両方の熱エネルギで溶液と空気とを加温する。この構造は、排気空気の回収熱でより効率よく霧化機１に供給する溶液と空気とを加温できる。

さらに、図６の霧化分離装置は、霧化機１に供給する溶液を逆浸透膜６１を備える濾過装置９でろ過して、溶液に含まれる溶媒の一部を除去し、溶媒の一部が除去された溶液を濃縮する。濾過装置９は、溶液を加圧して逆浸透膜６１に透過させて溶媒の一部を溶液から分離して除去する。逆浸透膜６１は、溶媒を透過させて溶質を透過させないフィルターで、供給される溶液を加圧して、溶液から溶媒を分離する。この霧化分離装置は、濾過装置９で溶媒の一部を除去した溶液を霧化して濃縮するので、より高濃度に濃縮できる。

分級器３は、霧化機１から供給されるミスト混合空気に含まれるミストを粒径で分級する。霧化機１は、ミストを空気中に噴霧してミスト混合空気とし、空気をキャリアガスとしてミストを分級器３に供給する。図１ないし図７に示す霧化分離装置は、送風器２で外気を吸入して霧化機１に供給し、霧化機１で発生するミスト混合空気を分級器３に供給している。図の霧化分離装置は、霧化機１の流入側に送風器２を連結している。ただ、送風器は、霧化機と分級器との間に、あるいは分級器の排出側に連結して、ミスト混合空気を霧化機から分級器に供給することもできる。霧化機と分級器との間に設ける送風器は、霧化機からミスト混合空気を吸入して分級器に強制送風する。この送風器は、閉鎖構造の霧化機からミスト混合空気を吸入して、霧化機に外気を吸入させる。分級器の排出側に送風器を連結する霧化分離装置は、分級器を閉鎖構造として、分級器から強制的にミスト混合空気を排気して、分級器に霧化機からミスト混合空気を吸入し、分級器が霧化機からミスト混合空気を吸入して、霧化機１に外気を吸入させる。

分級器３は、霧化機１から供給されるミスト混合空気に含まれるミストを粒径で分級する。図１ないし図７に示す霧化分離装置は、互いに直列に連結している第１の分級器３Ａと第２の分級器３Ｂとからなる分級器３を備える。この分級器３は、ミストを二段に、すなわち第１の分離工程と第２の分離工程とで分級する。互いに直列に連結している第１の分級器３Ａと第２の分級器３Ｂは、ミスト混合空気に含まれるミストを、粒径が最も大きな領域に分布する最大ミストと、粒径を中間の粒径とする中間ミストと、粒径の最も小さい領域に分布する微細ミストの３領域に分級する。第１の分級器３Ａで最大ミストの分離されたミスト混合空気は、第２の分級器３Ｂに供給される。第１の分級器３Ａは、粒径をミリオーダー以上とする最大ミストを空気から分離して溶液に環流する。第２の分級器３Ｂは粒径を数μｍ以上とする中間ミストを空気から分離して溶液に環流し、粒径を数μｍ未満とする微細ミストを空気から分離することなく、排気空気として外部に排気する。

第１の分級器３Ａの断面形状を図１１に示している。この図に示す第１の分級器３Ａは、ミスト混合空気を通過させる閉鎖ケース３１と、この閉鎖ケース３１内に、ミスト混合空気の移送方向に離して配置している複数の多孔プレート３２とを備える。この分級器３は、ミスト混合空気を多孔プレート３２に透過させて、粒径の大きな大粒ミスト（図８参照）である最大ミストを多孔プレート３２の表面に付着させて分離する。中間ミストと微細ミスト（図８参照）は、多孔プレート３２の表面に付着することなく通過させて、空気と一緒に第２の分級器３Ｂに供給される。多孔プレート３２に付着するミストは、多孔プレート３２に沿って流れ落ちて、霧化機１の溶液に環流される。

複数の多孔プレート３２は、閉鎖ケース３１内に、互いに対向し、所定の間隔に離して垂直姿勢に配置される。さらに、対向して配置している多孔プレート３２は、透過孔３３の位置を互いに非対称な位置に配置して、流入側の多孔プレート３２の透過孔３３を通過した空気が直進すると排出側の多孔プレート３２の表面に衝突する構造としている。この構造の第１の分級器３Ａは、流入側の多孔プレート３２の透過孔３３を透過した最大ミストを、流出側の多孔プレート３２の表面に衝突させて効率よく流出側の多孔プレート３２の表面に付着させる。

図１２は、大粒ミストである最大ミストと微細ミストとが空気で移送される状態を示している。この図に示すように、微細ミストは軽いので空気と一緒に横方向に方向転換して移送される。これに対してミスト混合空気の大粒ミストは、重くて慣性力が大きいので、流入側の多孔プレート３２の透過孔３３を通過した後、横方向に方向転換することなく直進して、排出側の多孔プレート３２の表面に衝突して回収される。図１２に示すように、大粒ミストを多孔プレート３２の表面に衝突させて回収し、微細ミストを多孔プレート３２に衝突させることなく空気と一緒に外部に排気する分級器３は、多孔プレート３２を通過するミスト混合空気の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ以下として、より効率よく大粒ミストを分級して回収できる。ミスト混合空気の流速が速すぎると、空気の移送エネルギーが大きくなって、大粒ミストを効率よく分級して回収できなくなるからである。微細ミストは軽いので、空気と一緒に横方向に方向転換し、多孔プレート３２の透過孔３３を通過して第２の分級器３Ｂに供給される。

図１１の断面図に示す第１の分級器３Ａは、流入側に２枚、排出側に１枚の多孔プレート３２を配置している。流入側の多孔プレート３２は網材、排出側の多孔プレート３２は無数の貫通孔を設けた板材である。網材の多孔プレート３２は網目を透過孔３３とし、貫通孔を設けた板材は貫通孔を透過孔３３としている。網目のピッチ、貫通孔の内径とピッチは、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍに設定される。網材は、網目を板材の貫通孔よりも小さくして、ミスト混合空気の透過抵抗を大きくでき、透過抵抗を大きくして、ミスト混合空気の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ以下に減速できる。この分級器３は、網材でミスト混合空気を好ましい流速に減速し、また、網目の透過孔３３を貫通孔の透過孔３３と異なる位置に配置して、大粒ミストを効率よく回収して溶液に環流できる。第１の分級器３Ａは、溶質濃度の高い最大ミストを空気から分離して霧化機１の溶液に環流する。

第２の分級器３Ｂは、第１の分級器３Ａで回収されなかった中間ミストを回収し、微細ミストを回収することなく排気空気として外部に排気する。第２の分級器３Ｂはサイクロン３５で、中間ミストを回収して、微細ミストを空気から分離することなく排気空気として外部に排気する。サイクロン３５は、円筒の下端に円錐を連結した形状で、円筒の上部に接線方向にミスト混合空気を流入させる。円筒に接線方向に流入するミスト混合空気は、円筒の内部で渦巻き状に回転される。渦巻き状に回転されるミスト混合空気は、ミストを空気と一緒に渦巻き状に回転させる。回転されるミストは、遠心力で半径方向に中心から外側に向かって遠心力を受ける。遠心力はミストの質量に比例して大きくなる。ミストの質量はミストの半径の三乗に比例して大きくなるので、ミストの遠心力は半径の三乗に比例して大きくなる。したがって、大きな大粒ミストは大きな遠心力を受けて外側に振り出されて円筒の内面に移送され、円筒の内面に付着して、円錐の内面に沿って流れ落ちて霧化機１の溶液に環流される。ミスト混合空気に含まれる微細ミストは質量が小さいことから遠心力も小さく、キャリアガスの空気と一緒に渦巻き状に移送され、排気空気として円筒の中央部から外部に排気される。

以上の分級器３は、溶質濃度の高いミストを空気から分離、回収して溶液に環流し、溶質濃度の低い微細ミストを分離することなく外部に排気するので、霧化機１の溶液は溶質濃度が高くなって濃縮される。

以上の霧化分離方法と霧化分離装置は、溶液を空気中に霧化してミスト混合空気とすると共に、ミスト混合空気に含まれるミストを粒径の大小に分級し、粒径の大きな大粒ミストを回収して溶液に環流し、微細ミストを含むミスト混合空気を排気空気として外部に排気して溶液から溶媒を除去することで溶液を濃縮している。ただ、本発明の霧化分離方法と霧化分離装置は、分級器で分級された微細ミストを含むミスト混合空気を排気空気として排気し、この排気空気を液化させて回収することで、溶液中の溶媒成分を分離して取り出すこともできる。この方法と装置は、排熱回収器でけん熱と潜熱が回収された排気空気に含まれる気化成分を液化させて回収する。とくに、排熱回収器は、潜熱回収器で潜熱を回収する際に、排気空気に含まれる気化成分を凝縮させて凝縮熱を回収するので、この工程で排気空気に含まれる気化成分は、液化されて液体として排出される。したがって、排気空気に含まれる気化成分を液体として回収するための専用の装置を設けることなく、潜熱回収器で潜熱を回収することで排気空気中の気化成分を液化させて、溶液中の溶媒成分を液体として回収できる。

１…霧化機
１Ａ…超音波霧化機
１Ｂ…霧化機
２…送風機
３…分級器
３Ａ…第１の分級器
３Ｂ…第２の分級器
４…排熱回収器
５…排熱加温器
５Ａ…空気の排熱加温器
５Ｂ…溶液の排熱加温器
６…溶液槽
７…ポンプ
７Ａ…加圧ポンプ
８…ヒーター
９…濾過装置
１１…霧化室
１２…超音波振動子
１３…超音波電源
１４…筒体
１４ａ…内筒
１４ｂ…外筒
１５…噴霧口
１６…噴気口
１７…ダクト
１８…吸入部
１９…ダクト
２１…霧化室
２２…ノズル
２２Ａ…二流体ノズル
２４…円柱状リング
２５…円柱状リング
２６…溶液路
２７…噴射路
２８…平滑面
２９…エッジ
３１…密閉ケース
３２…多孔プレート
３３…透過孔
３５…サイクロン
３８…配管
３９…排気路
４１…けん熱回収器
４２…潜熱回収器
４３…循環路
４４…循環ポンプ
４５…空気路
４６…コンプレッサ
４７…凝縮器
４８…膨張弁
４９…密閉ケース
５０…循環ポンプ
５３…霧化電極
５４…高圧電源
５５…熱交換器
５６…蒸発器
５７…コンプレッサ
５８…第２の凝縮器
５９…膨張弁
６０…循環路
６１…逆浸透膜
Ｐ…液柱
Ｌ…溶液
Ｇ…空気
Ｍ…ミスト
Ｔ…薄膜流

Claims (16)

1. 溶液(L)を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する方法であって、
   溶液(L)を空気中に霧化してミスト混合空気とする霧化工程と、
   前記ミスト混合空気に含まれるミストを、空気をキャリアガスとして粒径の大小に分級して空気を排気する分離工程とで溶液を蒸気圧の異なる成分に分離する方法であって、
   前記分離工程において排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収し、回収熱でもって、霧化工程において霧化される溶液(L)と、溶液(L)が噴射される空気のいずれか又は両方を加温する霧化分離方法。
2. 請求項１に記載される霧化分離方法であって、
   前記霧化工程で霧化される溶液(L)が、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液(L)であって、
   前記分離工程において、粒径の小さい微細ミストを含む空気を前記排気空気として排気し、分級された粒径の大きな大粒ミストを回収して溶液(L)に環流して、溶液(L)を濃縮することを特徴とする霧化分離方法。
3. 請求項１または２に記載される霧化分離方法であって、
   前記霧化工程で霧化される溶液(L)又は空気を外部から供給される外部エネルギで加温することを特徴とする霧化分離方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される霧化分離方法であって、
   前記排気空気のけん熱を熱交換器(55)で回収した後、前記分離工程において排気される排気空気を加圧して凝縮器(47)に供給し、この凝縮器(47)で排気空気の潜熱を気化成分の凝集熱として回収して、前記排気空気の潜熱とけん熱とを回収熱として回収することを特徴とする霧化分離方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載される霧化分離方法であって、
   前記排気空気のけん熱を熱交換器(55)で回収した後、前記熱交換器(55)を通過して排気される排気空気の潜熱をヒートポンプ式の潜熱回収器(42)で回収することを特徴とする霧化分離方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される霧化分離方法であって、
   前記分離工程が、ミスト混合空気に含まれるミストを粒径で分級して大粒ミストを溶液(L)に環流する第１の分離工程と、この第１の分離工程で大粒ミストの分離されたミスト混合空気に含まれるミストをさらに粒径で分級して大粒ミストを溶液(L)に環流して、大粒ミストの分離された微細ミストを含むミスト混合空気を排気空気として排気する第２の分離工程とからなり、
   第１の分離工程においては、第２の分離工程よりも粒径の大きな大粒ミストを分離して溶液(L)に環流することを特徴とする霧化分離方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される霧化分離方法であって、
   前記分離工程において、ミスト混合空気の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする霧化分離方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される霧化分離方法であって、
   前記霧化工程の前工程として、霧化される溶液(L)をろ過するろ過工程を設け、
   このろ過工程において、溶液(L)を逆浸透膜(61)に透過させて溶媒の一部を除去し、溶媒の一部が除去された液を前記霧化工程で霧化することを特徴とする霧化分離方法。
9. 溶液(L)を霧化して蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離装置であって、
   溶液(L)を空気中に霧化してミスト混合空気とする霧化機(1)と、
   前記霧化機(1)に空気を供給する送風器(2)と、
   前記霧化機(1)から排出されるミスト混合空気に含まれるミストを、空気をキャリアガスとして粒径の大小に分級して空気を排気する分級器(3)と、
   前記分級器(3)から排気される排気空気に含まれる潜熱とけん熱の両方の熱エネルギを回収する排熱回収器(4)と、
   この排熱回収器(4)が回収する回収熱でもって、前記霧化機(1)の溶液と空気のいずれか又は両方を加温する排熱加温器(5)とを備え、
   前記排熱回収器(4)でもって前記霧化機(1)から排出される排気空気の潜熱とけん熱の両方の熱エネルギが回収熱として回収され、この前記排熱加温器(5)が前記回収熱でもって前記霧化機(1)の溶液(L)又は空気を加温して溶液(L)を蒸気圧の異なる成分に分離する霧化分離装置。
10. 請求項９に記載される霧化分離装置であって、
    前記霧化機(1)で空気中に霧化される溶液(L)が、溶媒よりも低い蒸気圧を有する溶質を含む溶液(L)であって、
    前記分級器(3)で分級された微細ミストを含む排気空気を外部に排気すると共に、前記分級器(3)で分級される大粒ミストを溶液(L)に環流して溶液(L)を濃縮することを特徴とする霧化分離装置。
11. 請求項９又は１０に記載される霧化分離装置であって、
    前記排熱回収器(4)が、前記排気空気のけん熱を回収するけん熱回収器(41)と、前記けん熱回収器(41)でけん熱の回収された前記排気空気から潜熱を回収する潜熱回収器(42)とを備えることを特徴とする霧化分離装置。
12. 請求項１１に記載される霧化分離装置であって、
    前記潜熱回収器(42)が、前記分級器(3)から排出される排気空気を加圧するコンプレッサ(46)と、このコンプレッサ(46)で加圧された排気空気に含まれる気化成分を凝縮させて凝縮熱を放出する凝縮器(47)と、この凝縮器(47)の排出側に接続してなる膨張弁(48)とを備え、
    前記凝縮器(47)を前記排熱加温器(5)に連結することを特徴とする霧化分離装置。
13. 請求項１１に記載される霧化分離装置であって、
    前記潜熱回収器(42)が、前記分離器(3)から排出される排気空気の熱エネルギでもって循環される冷媒に熱エネルギを与えて冷媒を気化させる蒸発器(56)と、
    この蒸発器(56)から排出される冷媒ガスを加圧するコンプレッサ(57)と、
    このコンプレッサ(57)から排出される冷媒ガスを冷却、液化させて凝縮熱を放出する第２の凝縮器(58)と、
    この第２の凝縮器(58)と前記蒸発器(56)との間に連結してなる膨張弁(59)とを備え、
    前記第２の凝縮器(58)を前記排熱加温器(5)としてなることを特徴とする霧化分離装置。
14. 請求項９ないし１３のいずれかに記載される霧化分離装置であって、
    前記排熱加温器(5)が、前記霧化機(1)に供給される空気を加温する空気の排熱加温器(5A)と、前記霧化機(1)に供給される溶液(L)を加温する溶液の排熱加温器(5B)とを備えることを特徴とする霧化分離装置。
15. 請求項９ないし１４のいずれかに記載される霧化分離装置であって、
    前記分級器(3)が、互いに直列に連結してなる第１の分級器(3A)及び第２の分級器(3B)とを備え、
    前記ミスト混合空気が前記第１の分級器(3A)から第２の分級器(3B)に供給されると共に、前記第１の分級器(3A)が前記第２の分級器(3B)よりも大粒のミストを分離することを特徴とする霧化分離装置。
16. 請求項９ないし１５のいずれかに記載される霧化分離装置であって、
    前記分級器(3)が、サイクロン(35)又はバグフィルターの何れかを備える霧化分離装置。

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