JP2022188321A - 超音波霧化分離装置及び調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合溶液に含まれる分離成分と混合溶液に含まれる他成分とを効率的に分離する。【解決手段】超音波霧化分離装置は、分離成分を含む混合溶液を収容する空間と前記混合溶液を流下させて外周面を有する液柱を形成する流下口とが形成された容器と、前記液柱まで伝搬する超音波を放射して前記液柱から前記分離成分を含むミストを飛散させる超音波放射機構と、前記外周面に沿って配置される沿面部を備える構造体と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、超音波霧化分離装置及び調湿装置に関する。

例えば、特許文献１に記載された液体の分離装置においては、２種以上の物質を含む液体が超音波振動させられて液面から液柱が突出させられる。また、液柱の周囲にミストが発生させられる。これにより、特定の液体が高濃度に分離される（段落００３３，００３４，００３８及び００４５）。

特許５４７０５１４号公報

特許文献１に記載された液体の分離装置においては、ミストが２種以上の物質を含む液体に再吸着されて特定の液体の分離が阻害される場合がある。

本開示は、この問題を解決するためになされた。本開示は、混合溶液に含まれる分離成分と混合溶液に含まれる他成分とを効率的に分離することができる超音波霧化分離装置及び調湿装置を提供することを目的とする。

本開示の一形態の超音波霧化分離装置は、分離成分を含む混合溶液を収容する空間と前記混合溶液を流下させて外周面を有する液柱を形成する流下口とが形成された容器と、前記液柱まで伝搬する超音波を放射して前記液柱から前記分離成分を含むミストを飛散させる超音波放射機構と、前記外周面に沿って配置される沿面部を備える構造体と、を備える。

本開示の他の一形態の調湿装置は、本開示の一形態の超音波霧化分離装置と、空気に含まれる水を、前記液柱から前記ミストを飛散させることにより生成される飛散後混合溶液に吸収させて吸収後混合溶液を生成する吸湿機構と、前記飛散後混合溶液を前記超音波霧化分離装置から前記吸湿機構に導く第１の導液部と、前記吸収後混合溶液を前記空間に導く第２の導液部と、を備え、前記分離成分は、水を含み、前記混合溶液は、吸湿性物質を含む。

第１実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第２実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第３実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第３実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるメッシュ構造体を模式的に図示する斜視図である。 第３実施形態の第１変形例の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第３実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるメッシュ構造体及び撥水剤を模式的に図示する拡大断面図である。 第４実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体を模式的に図示する斜視図である。 第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体を模式的に図示する上面図である。 第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体及び撥水剤及び第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるテーパー管及び撥水剤を模式的に図示する拡大断面図である。 第５実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられる複数のテーパー管を模式的に図示する側面図である。 第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるテーパー管を模式的に図示する上面図である。 第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられる複数のテーパー管を模式的に図示する斜視図である。 第６実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。 第７実施形態の調湿装置を模式的に図示する断面図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

１ 第１実施形態
１．１ 超音波霧化分離装置の概略
図１は、第１実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。

図１に図示される第１実施形態の超音波霧化分離装置１は、混合溶液Ｓに含まれる分離成分の少なくとも一部を霧状に霧化して、分離成分の少なくとも一部を、混合溶液Ｓに含まれる他成分から分離する。他成分から分離される分離成分は、混合溶液Ｓに含まれる分離成分の全部である場合もあるし、混合溶液Ｓに含まれる分離成分の一部である場合もある。空気中の水を吸湿する調湿装置に超音波霧化分離装置１が組み込まれた場合は、超音波霧化分離装置１は、吸湿された水の量と概ね同じ量の水を分離成分として分離する。

図１に図示されるように、超音波霧化分離装置１は、超音波霧化槽１１、混合溶液回収機構１２及び混合溶液回収部１３を備える。

超音波霧化槽１１は、混合溶液Ｓを収容し、収容した混合溶液Ｓを流下させて液柱Ｐを形成し、液柱Ｐから分離成分を含むミストＭを飛散させる。

混合溶液回収機構１２は、液柱ＰからミストＭを飛散させることにより生成される飛散後混合溶液Ｓ１を回収し、飛散させられたミストＭが飛散後混合溶液Ｓ１に合流することを抑制する。これにより、混合溶液回収機構１２は、ミストＭと飛散後混合溶液Ｓ１とを互いに分離することができる。これにより、ミストＭに含まれる分離成分が飛散後混合溶液Ｓ１に再吸着されることを抑制することができる。これにより、分離成分を分離成分以外の他成分から効率的に分離することができる。

混合溶液回収部１３は、回収された飛散後混合溶液Ｓ１を収容する。

１．２ 超音波霧化槽
図１に図示されるように、超音波霧化槽１１は、外側容器２１、内側容器２２及び超音波放射機構２３を備える。

外側容器２１には、空間２１ｓが形成される。空間２１ｓは、混合溶液Ｓを収容する。

また、外側容器２１には、流下口２１ｐが形成される。流下口２１ｐは、収容された混合溶液Ｓを流下させて液柱Ｐを形成する。流下口２１ｐは、外側容器２１の底に形成される。流下口２１ｐが、外側容器２１の底以外に形成されてもよい。例えば、流下口２１ｐが、外側容器２１の側壁に形成されてもよい。

混合溶液Ｓの流下は、混合溶液Ｓの自重により行われる。このため、混合溶液Ｓの流下は、混合溶液Ｓの自由落下である。このため、液柱Ｐは、鉛直方向に延びる。混合溶液Ｓの自重による混合溶液Ｓの流下によれば、液柱Ｐを形成するために必要なエネルギーを小さくすることができる。また、重力により液柱Ｐが崩れることを抑制することができる。

液柱Ｐは、鉛直方向に連続するひとつの液柱であってもよいし、破断されて鉛直方向に互いに分断された複数の液柱片の集合であってもよい。

流下口２１ｐは、混合溶液Ｓを通過させる孔により構成される。当該孔は、円形状の平面形状を有する。流下口２１ｐが混合溶液Ｓを流下させることができる限り、当該孔が、円形状の平面形状以外の平面形状を有してもよい。例えば、当該孔が、楕円形状、四角形状又は四角形状以外の多角形状の平面形状を有してもよい。当該孔は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の径を有する。流下口２１ｐが混合溶液Ｓを流下させることができる限り、当該孔が、１ｍｍより小さい又は５ｍｍより大きい径を有してもよい。

また、外側容器２１には、挿入孔２１ｑが形成される。挿入孔２１ｑには、内側容器２２が挿入される。これにより、内側容器２２が外側容器２１に固定される。挿入孔２１ｑは、外側容器２１の天板に形成される。挿入孔２１ｑが、外側容器２１の天板以外に形成されてもよい。例えば、挿入孔２１ｑが、外側容器２１の側壁に形成されてもよい。

内側容器２２の底は、空間２１ｓに配置され、混合溶液Ｓに浸漬される。

図１に図示されるように、超音波放射機構２３は、電源３１、発振回路３２、振動子３３及び水位センサ３４を備える。

電源３１は、発振回路３２に電力を供給する。

発振回路３２は、供給された電力を使用して動作する。発振回路３２は、駆動信号を発振し、発振した駆動信号を振動子３３に供給する。

振動子３３は、供給された駆動信号に応じた超音波Ｕを放射する。超音波Ｕは、振動子３３の放射面３３ａから放射される。

振動子３３は、内側容器２２の底に固定される。上述したように、内側容器２２の底は、混合溶液Ｓに浸漬される。このため、内側容器２２の底に固定される振動子３３は、混合溶液Ｓに浸漬される。振動子３３は、流下口２１ｐの鉛直方向上方に配置される。これにより、振動子３３は、混合溶液Ｓを挟んで流下口２１ｐに対向する。

振動子３３の放射面３３ａは、鉛直方向下方に向けられる。このため、振動子３３は、鉛直方向下方に向けて超音波Ｕを放射する。このため、振動子３３は、流下口２１ｐに向けて超音波Ｕを放射する。放射された超音波Ｕは、混合溶液Ｓ及び流下口２１ｐを経由して液柱Ｐまで伝搬する。これにより、液柱Ｐから分離成分を含むミストＭが飛散する。

振動子３３と流下口２１ｐとの間には、混合溶液Ｓのみが存在し、超音波Ｕの伝搬を阻害する障害物は存在しない。これにより、超音波Ｕを液柱Ｐまで効率よく伝搬させることができる。

超音波Ｕを液柱Ｐまで伝搬させることができる位置に振動子３３を支持するための構造が上述した構造と異なる構造であってもよい。

振動子３３は、平板状の形状を有する。振動子３３が、平板状の形状以外の形状を有してもよい。例えば、振動子３３が、レンズ状の形状を有してもよい。

超音波Ｕは、望ましくは、１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数を有する。

水位センサ３４は、空間２１ｓに配置され、振動子３３の放射面３３ａより鉛直方向上方に配置される。水位センサ３４は、混合溶液Ｓの液位が水位センサ３４が配置された位置より低くなったことを検知する。

発振回路３２は、混合溶液Ｓの液位が水位センサ３４が配置された位置より低くなったことが水位センサ３４により検知された場合に、駆動信号を発振することを停止する。これにより、振動子３３は、混合溶液Ｓの液位が当該位置より低くなったことが水位センサ３４により検知された場合に、超音波Ｕを放射することを停止する。これにより、振動子３３の放射面３３ａが混合溶液Ｓに浸漬されない状態で振動子３３の放射面３３ａから超音波Ｕが放射されて空焚きが発生することを抑制することができる。

外側容器２１にノズルが備えられて、流下口２１ｐがノズルのノズル孔により構成されてもよい。これにより、超音波Ｕを流下口２１ｐに向かって収束させることができ、超音波ＵをミストＭの形成に効率よく利用することができる。

１．３ 混合溶液回収機構
混合溶液回収機構１２は、液柱Ｐの外周面Ｐａに沿って配置される沿面部５１を備える構造体４１を備える。

超音波放射機構２３は、液柱Ｐから分離成分を含むミストＭを飛散させるだけでなく、液柱ＰからミストＭより大きな径を有し他成分を含む粗大ミストを飛散させる。飛散させられた粗大ミストは、ミストＭと合体しうる。このため、粗大ミストがミストＭと混在する場合は、分離成分を他成分から分離することが阻害される。

沿面部５１は、粗大ミストが沿面部５１を超えて飛散することを抑制する。これにより、粗大ミストがミストＭと混在することを抑制することができる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。

超音波霧化分離装置１においては、構造体４１は、管６１である。管６１は、液柱Ｐの径よりわずかに大きい径を有する管内空間６１ｓが形成された細管である。

管６１は、入口７１及び出口７２を備える。管６１は、流下口２１ｐの鉛直方向下方に配置され、鉛直方向に延びる。入口７１及び出口７２は、それぞれ、管６１の一端及び他端に配置される。入口７１及び出口７２は、それぞれ、管６１の鉛直方向上端及び鉛直方向下端に配置される。このため、入口７１には液柱Ｐが入る。また、出口７２からは、管内空間６１ｓを通過した通過後混合溶液Ｓ３が出る。通過後混合溶液Ｓ３は、飛散後混合溶液Ｓ１である。

管６１の開口面積は、流下口２１ｐの開口面積より大きく、望ましくは、０．５ｍｍ^２以上である。これにより、管内空間６１ｓの径を液柱Ｐの径より大きくすることができる。これにより、液柱Ｐを管内空間６１ｓに容易に導くことができる。また、管６１の開口面積は、望ましくは、３００ｍｍ^２以下である。これにより、液柱Ｐと管６１との間の隙間を小さくすることができる。これにより、液柱Ｐから飛散したミストＭが管内空間６１ｓに吸収されることを抑制することができる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。

入口７１は、流下口２１ｐから離れている。これにより、液柱Ｐの一部が管内空間６１ｓに配置される。これにより、液柱Ｐを構成する、流下口２１ｐと入口７１との間にある部分からミストＭを飛散させることができる。流下口２１ｐから入口７１までの距離は、望ましくは、１ｍｍ以上である。

１．４ 混合溶液回収部
混合溶液回収部１３には、収容空間１３ｓが形成される。収容空間１３ｓは、構造体４１を通過した、すなわち、管内空間６１ｓを通過した通過後混合溶液Ｓ３を回収して貯めることにより得られる回収後混合溶液Ｓ４を収容する。

出口７２は、収容空間１３ｓに配置され、回収後混合溶液Ｓ４に浸漬される。これにより、ある程度の量のミストＭが管内空間６１ｓに吸収された後には、ミストＭが管内空間６１ｓに吸収されなくなる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。

管６１は、出口７２を回収後混合溶液Ｓ４に浸漬させることができる長さを有する。

１．５ 混合溶液に含まれる分離成分及び他成分
混合溶液Ｓに含まれる分離成分は、例えば、水を含み、混合溶液Ｓに含まれる他成分は、例えば、吸湿性物質を含む。

吸湿性物質は、水に溶解する物質又は水と混和する物質である。吸湿性物質としては、
１種の吸湿性物質が単独で使用されてもよいし、２種以上の吸湿性物質が混合されて使用
されてもよい。吸湿性物質は、有機材料及び無機材料の片方又は両方を含む。

有機材料は、例えば、２価以上のアルコール、ケトン、アミド基を有する有機溶媒、糖類及び保湿化粧品等の原料として用いられる材料からなる群より選択される少なくとも１種を含み、望ましくは、２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類及び保湿化粧品等の原料として用いられる材料からなる群より選択される少なくとも１種を含む。２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類及び保湿化粧品等の原料として用いられる材料は、高い親水性を有する。このため、有機材料がこれらからなる群より選択される少なくとも１種を含む場合は、吸湿性物質の吸湿性を高くすることができる。

２価以上のアルコールは、例えば、グリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

アミド基を有する有機溶媒は、例えば、ホルムアミド及びアセトアミドからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

糖類は、例えば、スクロース、プルラン、グルコース、キシロース、フラクトース、マンニトール及びソルビトールからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

保湿化粧品等の原料として用いられる材料は、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、ベタイン、ヒアルロン酸及びコラーゲンからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

無機材料は、例えば、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム及びピロリドンカルボン酸ナトリウムからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

２ 第２実施形態
以下では、第２実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第２実施形態においても採用される。

図２は、第２実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。

図２に図示される第２実施形態の超音波霧化分離装置２においては、管６１が、トラップ７３を備える。

トラップ７３には、管内空間６１ｓを通過している通過中混合溶液Ｓ２が溜まる。溜まった通過中混合溶液Ｓ２は、管内空間６１ｓを塞ぐ。これにより、ある程度の量のミストＭが管内空間６１ｓに吸収された後には、ミストＭが管内空間６１ｓに吸収されなくなる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。

トラップ７３は、第１のＵ字部分８１及び第２のＵ字部分８２を備える。

第１のＵ字部分８１は、鉛直方向の下端にある第１の折り返し位置Ｐ１において折り返す。第２のＵ字部分８２は、鉛直方向の上端にある第２の折り返し位置Ｐ２において折り返す。第２のＵ字部分８２は、第１のＵ字部分８１より出口７２寄りに配置される。したがって、管６１は、入口７１から第１の折り返し位置Ｐ１までの区間において鉛直方向下方へ延び、第１の折り返し位置Ｐ１において反転し、第１の折り返し位置Ｐ１から第２の折り返し位置Ｐ２までの区間において鉛直方向上方へ延び、第２の折り返し位置Ｐ２において反転し、第２の折り返し位置Ｐ２から出口７２までの区間において鉛直方向下方へ延びる。

第２の折り返し位置Ｐ２は、鉛直方向について、入口７１と第１の折り返し位置Ｐ１との間にある。これにより、通過中混合溶液Ｓ２が入口７１から溢れることを抑制することができる。

出口７２は、収容空間１３ｓに配置されるが、回収後混合溶液Ｓ４に浸漬されてもよいし、回収後混合溶液Ｓ４に浸漬されなくてもよい。

入口７１から第１のＵ字部分８１までの距離は、制限されない。

３ 第３実施形態
以下では、第３実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第３実施形態においても採用される。

図３は、第３実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。図４は、第３実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるメッシュ構造体を模式的に図示する斜視図である。

図３に図示される第３実施形態の超音波霧化分離装置３においては、構造体４１が図４に図示されるメッシュ構造体６２である。メッシュ構造体６２は、メッシュにより構成される。

主に分離成分からなるミストＭは、ナノメートルオーダーのサイズを有する。このため、ミストＭは、メッシュ構造体６２を通過して拡散することができる。一方、主に混合溶液Ｓからなる粗大ミストは、メッシュ構造体６２を通過して拡散することができない。これにより、粗大ミストがミストＭと混在することを抑制することができる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。

超音波霧化分離装置３においては、メッシュ構造体６２は、図４に図示される、お椀状の形状を有するお椀型構造体９１である。

お椀型構造体９１は、鉛直方向上方に向かって開口する。

お椀型構造体９１は、鉛直方向の上端に配置される上端部１０５を備える。上端部１０５は、外側容器２１の底に接触していていもよいし、外側容器２１の底に接触していなくてもよい。

お椀型構造体９１の開口は、円状の形状を有する。お椀型構造体９１が飛散後混合溶液Ｓ１を十分に回収することができる限り、当該開口は、どのような形状を有してもよい。このため、当該開口が、円形状の形状以外の形状を有してもよい。例えば、当該開口が、楕円形状の形状、四角形状の形状、三角形状の形状等を有してもよい。

お椀型構造体９１の開口面積は、流下口２１ｐの開口面積より大きく、望ましくは、１０ｍｍ^２以上である。これにより、液柱Ｐをお椀型構造体９１に形成された構造体内空間９１ｓに容易に導くことができる。

お椀型構造体９１は、飛散後混合溶液Ｓ１を十分に回収することができる限り、鉛直方向について、どのような大きさを有してもよい。お椀型構造体９１は、望ましくは、鉛直方向について、５ｍｍ以上の大きさを有する。

お椀型構造体９１には、孔９１ｐが形成されている。孔９１ｐは、お椀型構造体９１の底に形成される。孔９１ｐには、メッシュが存在しない。液柱Ｐは、孔９１ｐを通過する。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１がお椀型構造体９１を構成するメッシュに当たることを抑制することができる。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１を効率よく流下させて回収することができる。

図５は、第３実施形態の第１変形例の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。

図５に図示される第３実施形態の第１変形例の超音波霧化分離装置３においては、メッシュ構造体６２が、平板状の形状を有する平板型構造体９２である。

平板型構造体９２は、流下口２１ｐから離れている。これにより、液柱Ｐを構成する、流下口２１ｐと平板型構造体９２との間にある部分からミストＭを飛散させることができる。流下口２１ｐから平板型構造体９２までの距離は、望ましくは、１ｍｍ以上である。

平板型構造体９２は、円形状の平面形状を有する。平板型構造体９２は、飛散後混合溶液Ｓ１を十分に回収することができる限り、どのような平面形状を有してもよい。このため、平板型構造体９２が、円形状の平面形状以外の形状を有してもよい。例えば、平板型構造体９２が、楕円形状の平面形状、四角形状の平面形状、三角形状の平面形状等を有してもよい。

メッシュ構造体６２は、飛散後混合溶液Ｓ１を十分に回収することができる限り、どのような形状を有してもよい。このため、メッシュ構造体６２が、平板状の形状及びお椀状の形状以外の形状を有してもよい。

図６は、第３実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるメッシュ構造体及び撥水剤を模式的に図示する拡大断面図である。

図６に図示されるように、超音波霧化分離装置３は、撥水剤６３を備える。

撥水剤６３は、メッシュ構造体６２に塗布されている。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１がメッシュ構造体６２に長時間に渡って付着することを抑制することができる。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１を効率よく流下させて回収することができる。

メッシュ構造体６２の繊維間隔及び目開き率は、メッシュ構造体６２が飛散後混合溶液Ｓ１を十分に回収することができる限り、制限されない。メッシュ構造体６２の繊維間隔は、望ましくは、１００μｍ以上２ｍｍ以下である。また、メッシュ構造体６２の目開き率は、望ましくは、５０％以上８０％以下である。

メッシュ構造体６２の材質は、制限されない。メッシュ構造体６２の材質は、例えば、金属、樹脂等である。

４ 第４実施形態
以下では、第４実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第４実施形態においても採用される。

図７は、第４実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。図８は、第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体を模式的に図示する斜視図である。図９は、第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体を模式的に図示する上面図である。

図７に図示される第４実施形態の超音波霧化分離装置４においては、構造体４１が図８及び図９に図示されるルーバー状構造体６４である。

ルーバー状構造体６４は、複数の羽根１０１を備える。

複数の羽根１０１は、液柱Ｐの周方向に配列される。複数の羽根１０１は、望ましくは、４個以上の羽根である。複数の羽根１０１に含まれる、周方向に隣接するふたつの羽根１０１の間の距離は、望ましくは、１ｍｍ以上である。これにより、周方向に隣接するふたつの羽根１０１の間に、ミストＭが飛散する経路となるミスト拡散部１１１が形成される。

主に分離成分からなるミストＭは、ナノメートルオーダーのサイズを有する。このため、ミストＭは、液柱Ｐから等方的に真っすぐ飛散せず、ランダムに飛散するため、周方向に隣接するふたつの羽根１０１の間を通過して拡散することができる。一方、主に混合溶液Ｓからなる粗大ミストは、液柱Ｐから等方的に真っすぐ飛散するため、複数の羽根１０１の側面に付着する。このため、粗大ミストは、周方向に隣接するふたつの羽根１０１の間を通過して拡散することができない。これにより、粗大ミストがミストＭと混在することを抑制することができる。これにより、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。また、飛散後混合溶液Ｓ１のみを効率よく回収することができる。

複数の羽根１０１の各々は、第１の板状部１２１及び第２の板状部１２２を備える。

第１の板状部１２１は、液柱Ｐの径方向に広がる。第２の板状部１２２は、液柱Ｐの径方向から傾斜した傾斜方向に広がり、第１の板状部１２１に結合される。

液柱Ｐの中心軸から第１の板状部１２１までの距離ａは、流下口２１ｐの開口面積以上の開口面積を有する開口が形成されるように選択され、望ましくは、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

第１の板状部１２１は、液柱Ｐの径方向について、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大きさｂを有する。

第２の板状部１２２は、液柱Ｐの径方向から傾斜した傾斜方向について、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大きさｃを有する。

当該傾斜方向は、液柱Ｐの径方向と９０°以上１７０°以下の角度ｄをなす。

複数の羽根１０１の各々は、鉛直方向について、望ましくは、１０ｍｍ以上の大きさｅを有する。

第２の板状部１２２が第１の板状部１２１に結合される結合部は、丸められていてもよいし、丸められていなくてもよい。

図１０は、第４実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるルーバー状構造体及び撥水剤を模式的に図示する拡大断面図である。

図１０に図示されるように、超音波霧化分離装置４は、撥水剤６３を備える。

撥水剤６３は、ルーバー状構造体６４に塗布されている。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１がルーバー状構造体６４に長時間に渡って付着することを抑制することができる。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１を効率よく流下させて回収することができる。

ルーバー状構造体６４の材質は、制限されない。ルーバー状構造体６４の材質は、例えば、金属、樹脂等である。

ルーバー状構造体６４がメッシュにより構成されてもよい。

５ 第５実施形態
以下では、第５実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第５実施形態においても採用される。

図１１は、第５実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。図１２は、第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられる複数のテーパー管を模式的に図示する側面図である。図１３は、第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるテーパー管を模式的に図示する上面図である。図１４は、第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられる複数のテーパー管を模式的に図示する斜視図である。

図１１に図示される第５実施形態の超音波霧化分離装置５においては、構造体４１が図１２、図１３及び図１４に図示される複数のテーパー管６５である。

複数のテーパー管６５は、鉛直方向に配列される。

各テーパー管６５は、鉛直方向下方に向かうにつれてすぼまる。各テーパー管６５には、管内空間６５ｓが形成される。液柱Ｐの一部は、管内空間６５ｓに配置される。

主に分離成分からなるミストＭは、ナノメートルオーダーのサイズを有する。このため、ミストＭは、鉛直方向に隣接するふたつのテーパー管６５の間を通過して拡散することができる。一方、主に混合溶液Ｓからなる粗大ミストは、テーパー管６５の内面に付着する。このため、粗大ミストは、鉛直方向に隣接するふたつのテーパー管６５の間を通過して拡散することができない。これにより、粗大ミストがミストＭと混在することを抑制することができ、分離成分を他成分から効率的に分離することができる。また、飛散後混合溶液Ｓ１のみを効率よく回収することができる。

各テーパー管６５は、鉛直方向について、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさａを有する。

複数のテーパー管６５に含まれる、鉛直方向に隣接するふたつのテーパー管６５の間の距離ｂは、望ましくは、１００ｍｍ以下である。

複数のテーパー管６５の全体は、鉛直方向について、１０ｍｍ以上の大きさｃを有する。

各テーパー管６５は、鉛直方向の上端に配置される上端部１３１及び鉛直方向の下端に配置される下端部１３２を備える。

上端部１３１の開口面積は、流下口２１ｐの開口面積より大きい。また、上端部１３１の開口径は、流下口２１ｐの開口径より大きい。これにより、液柱Ｐを管内空間６５ｓに容易に導くことができる。上端部１３１の開口径ｄは、望ましくは、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。また、下端部１３２の開口径ｅは、上端部１３１の開口径ｄより小さく、望ましくは、１ｍｍ以上９０ｍｍ以下である。

図１０は、第５実施形態の超音波霧化分離装置に備えられるテーパー管及び撥水剤を模式的に図示する拡大断面図でもある。

図１０に図示されるように、超音波霧化分離装置４は、撥水剤６３を備える。

撥水剤６３は、各テーパー管６５に塗布されている。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１がテーパー管６５に長時間に渡って付着することを抑制することができる。これにより、飛散後混合溶液Ｓ１を効率よく流下させて回収することができる。

各テーパー管６５の材質は、制限されない。各テーパー管６５の材質は、例えば、金属、樹脂等である。

各テーパー管６５がメッシュにより構成されてもよい。

下端部１３２には、開口が形成されている。しかし、各テーパー管６５がメッシュ構造体である場合は、下端部１３２がメッシュからなる底により構成されてもよい。

６ 第６実施形態
以下では、第６実施形態が第１実施形態と相違する点が説明される。説明されない点については、第１実施形態において採用される構成と同様の構成が第６実施形態においても採用される。

図１５は、第６実施形態の超音波霧化分離装置を模式的に図示する断面図である。

図１５に図示される第６実施形態の超音波霧化分離装置６は、ガス流生成部１４１及びミスト回収部１４２を備える。また、超音波霧化分離装置６においては、混合溶液回収部１３の天板に形成された挿入孔１３ｐに外側容器２１の底が挿入される。このため、流下口２１ｐ及び混合溶液回収機構１２が収容空間１３ｓに配置される。このため、ミストＭが収容空間１３ｓに飛散させられる。また、超音波霧化分離装置６においては、分離成分が水である。ミスト回収部１４２は、エリミネータ１５１、粗大化部１５２、帯電部１５３、静電捕集部１５４及び水回収タンク１５５を備える。

ガス流生成部１４１は、収容空間１３ｓからエリミネータ１５１、粗大化部１５２、帯電部１５３及び静電捕集部１５４を経由して超音波霧化分離装置６の外部まで流れるキャリアガスの流れＦを生成する。キャリアガスは、乾燥空気等である。生成されるキャリアガスの流れＦは、ミストＭを収容空間１３ｓから粗大化部１５２まで運び、粗大化部１５２において生成させられた粗大化ミストＭ２を粗大化部１５２から帯電部１５３まで運び、帯電部１５３において帯電させられた帯電ミストＭ３を帯電部１５３から静電捕集部１５４まで運ぶ。

ミスト回収部１４２は、ミストＭを回収する。ミスト回収部１４２は、ミストＭを静電捕集することによりミストＭを回収する。ミスト回収部１４２が、静電捕集以外によりミストＭを回収してもよい。例えば、ミスト回収部１４２が、フィルタによりミストＭを回収してもよい。

エリミネータ１５１は、粗大ミストを除去する。

粗大化部１５２は、吸湿性化学種を核としてミストＭを粗大化して粗大化ミストＭ２を生成する。これにより、静電捕集を効率よく行うことができる。

粗大化部１５２は、放電によりラジカルを発生させ、発生させたラジカルを反応させることにより吸湿性化学種を生成し、生成した吸湿性化学種を核として粗大化ミストＭ２を生成する。吸湿性化学種は、例えば、過酸化水素を含む。

ミストＭは、ナノメートルオーダーのサイズを有する。このため、ミストＭは、バルクの分離成分と比較して、蒸発しやすく、減少しやすい。粗大化部１５２によるミストＭの粗大化は、蒸発せずに残ったミストを粗大化すること、及びミストＭが蒸発することにより生成された蒸気を再ミスト化することからなる群より選択される少なくとも１種を含む。

帯電部１５３は、粗大化ミストＭ２を帯電させて帯電ミストＭ３を生成する。

帯電部１５３は、帯電極１６１を備える。帯電部１５３は、帯電極１６１に電圧を印可して帯電極１６１の間に放電を発生させることにより、帯電ミストＭ３を生成する。

静電捕集部１５４は、帯電ミストＭ３を静電捕集してバルクの水を生成する。

静電捕集部１５４は、集電極１６２を備える。静電捕集部１５４は、集電極１６２に電圧を印可して集電極１６２の間に電界を発生させることにより、帯電ミストＭ３を静電捕集する。

水回収タンク１５５には、生成された水が誘導される。

７ 第７実施形態
７．１ 調湿装置の概略
図１６は、第７実施形態の調湿装置を模式的に図示する断面図である。

図１６に図示される第７実施形態の調湿装置７は、空気に含まれる水を吸湿して調湿を行う。したがって、調湿装置７においては、分離成分は、水を含み、混合溶液Ｓは、吸湿性物質を含む。

調湿装置７は、第６実施形態の超音波霧化分離装置６、吸湿機構１７１及び循環機構１７２を備える。調湿装置７が、第１実施形態から第５実施形態までの超音波霧化分離装置１－５のいずれかを備えてもよい。

循環機構１７２は、液柱ＰからミストＭを飛散させることにより生成される飛散後混合溶液Ｓ１を超音波霧化分離装置６から吸湿機構１７１に導く。導かれる飛散後混合溶液Ｓ１は、収容空間１３ｓに収容されている回収後混合溶液Ｓ４から取得される。

吸湿機構１７１は、空気に含まれる水を、導かれてきた飛散後混合溶液Ｓ１に吸収させて吸収後混合溶液Ｓ５を生成する。また、吸湿機構１７１は、除湿された空気を排出する。

循環機構１７２は、生成された吸収後混合溶液Ｓ５を空間２１ｓに導く。導かれた吸収後混合溶液Ｓ５は、空間２１ｓに収容される混合溶液Ｓとなる。

超音波霧化分離装置６は、空間２１ｓに導かれてきた吸収後混合溶液Ｓ５から水を飛散させ、水が飛散させられた飛散後混合溶液Ｓ１を回収する。これにより、超音波霧化分離装置６は、吸収後混合溶液Ｓ５の吸湿能力を再生する。

７．２ 調湿機構
吸湿機構１７１は、空気吸入口１８１、ブロア１８２、液体供給部１８３、吸湿部１８４、液体貯留槽１８５及び空気排出口１８６を備える。

空気吸入口１８１は、吸湿機構１７１の外部空間に存在する空気を吸入し、吸入した空気を吸湿部１８４に導く。

ブロア１８２は、空気吸入口１８１に挿入される。ブロア１８２は、吸湿機構１７１の外部空間から空気吸入口１８１、吸湿部１８４及び空気排出口１８６を順次に経由して吸湿機構１７１の外部空間まで流れる空気の流れＦ２を生成する。

液体供給部１８３は、液体貯留槽１８５の内部に配置され、吸湿部１８４の鉛直方向上方に配置される。また、液体供給部１８３には、導かれてきた飛散後混合溶液Ｓ１を鉛直方向下方に流下させるための多数の供給孔が形成されている。このため、液体供給部１８３は、移送されてきた飛散後混合溶液Ｓ１を鉛直方向下方に流下させる。これにより、液体供給部１８３は、移送されてきた飛散後混合溶液Ｓ１を吸湿部１８４に供給して飛散後混合溶液Ｓ１に吸湿部１８４を通過させる。

吸湿部１８４は、導かれてきた空気を通過させて供給された飛散後混合溶液Ｓ１に接触させる。これにより、吸湿部１８４は、空気中の水の少なくとも一部を飛散後混合溶液Ｓ１に吸湿させて除湿された空気を生成する。

吸湿部１８４において空気を飛散後混合溶液Ｓ１に接触させる方式が変更されてもよい。例えば、当該方式が、空気の流れ中に飛散後混合溶液Ｓ１を静置する静置方式、空気の流れに霧状の飛散後混合溶液Ｓ１を吹き付けるスプレー方式、空気の気泡を飛散後混合溶液Ｓ１中に生成するバブリング方式、空気の流れ中で飛散後混合溶液Ｓ１をカラム、ハニカム構造体等の媒体に流下させて媒体に浸み込ませる方式等に変更されてもよい。

液体貯留槽１８５は、吸湿部１８４を通過して空気中の水を吸湿した吸収後混合溶液Ｓ５を貯留する。

空気排出口１８６は、除湿された空気を吸湿機構１７１の外部空間に導き、導いた空気を排出する。

７．３ 循環機構
循環機構１７２は、第１の導液部１９１、第２の導液部１９２及びポンプ１９３を備える。

第１の導液部１９１は、管、ホース等である。第１の導液部１９１の一端は、混合溶液回収部１３に接続される。第１の導液部１９１の他端は、液体供給部１８３に接続される。これにより、第１の導液部１９１は、飛散後混合溶液Ｓ１を混合溶液回収部１３から液体供給部１８３に導く。

第２の導液部１９２は、管、ホース等である。第２の導液部１９２の一端は、液体貯留槽１８５に接続される。第２の導液部１９２の他端は、外側容器２１に接続される。これにより、第２の導液部１９２は、吸収後混合溶液Ｓ５を液体貯留槽１８５から空間２１ｓに導く。

ポンプ１９３は、第１の導液部１９１に挿入される。ポンプ１９３は、混合溶液回収部１３から第１の導液部１９１を経由して液体供給部１８３まで流れる飛散後混合溶液Ｓ１の流れＦ３を生成する。

調湿装置７においては、吸収後混合溶液Ｓ５の調湿能力を再生して吸湿性液体を生成するために水を液体から気体に相変化させる必要がない。このため、水を効率よく分離することができる。このため、高いエネルギー効率を有する調湿装置７を提供することができる。

本開示は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

１，２，３，４，５ 超音波霧化分離装置、１１ 超音波霧化槽、１２ 混合溶液回収機構、１３ 混合溶液回収部、１３ｓ 収容空間、２１ 外側容器、２１ｓ 空間、２１ｐ 流下口、２２ 内側容器、２３ 超音波放射機構、４１ 構造体、５１ 沿面部、６１ 管、６２ メッシュ構造体、６３ 撥水剤、６４ ルーバー状構造体、６５ テーパー管、６５ｓ 管内空間、７１ 入口、７２ 出口、７３ トラップ、８１ 第１のＵ字部分、８２ 第２のＵ字部分、Ｐ１ 第１の折り返し位置、Ｐ２ 第２の折り返し位置、９１ お椀型構造体、９２ 平板型構造体、１０１ 羽根、１２１ 第１の板状部、１２２ 第２の板状部、１４１ ガス流生成部、１４２ ミスト回収部、１５１ エリミネータ、１５２ 粗大化部、１５３ 帯電部、１５４ 静電捕集部、１５５ 水回収タンク、１６１ 帯電極、１６２ 集電極、１７１ 吸湿機構、１７２ 循環機構、１８１ 空気吸入口、１８２ ブロア、１８３ 液体供給部、１８４ 吸湿部、１８５ 液体貯留槽、１８６ 空気排出口、Ｓ 混合溶液、Ｓ１ 飛散後混合溶液、Ｓ２ 通過中混合溶液、Ｓ３ 通過後混合溶液、Ｓ４ 回収後混合溶液、Ｓ５ 吸収後混合溶液、Ｐ 液柱、Ｐａ 外周面、Ｍ ミスト、Ｍ２ 粗大化ミスト、Ｍ３ 帯電ミスト、Ｕ 超音波

Claims (37)

1. 分離成分を含む混合溶液を収容する空間と前記混合溶液を流下させて外周面を有する液柱を形成する流下口とが形成された容器と、
   前記液柱まで伝搬する超音波を放射して前記液柱から前記分離成分を含むミストを飛散させる超音波放射機構と、
   前記外周面に沿って配置される沿面部を備える構造体と、
   を備える超音波霧化分離装置。
2. 前記混合溶液は、前記分離成分以外の他成分を含み、
   前記超音波放射機構は、前記液柱から前記ミストの径より大きな径を有し前記他成分を含む粗大ミストを飛散させ、
   前記沿面部は、前記粗大ミストが前記沿面部を超えて飛散することを抑制する
   請求項１に記載の超音波霧化分離装置。
3. 前記構造体は、管内空間が形成された管であり、
   前記液柱の一部は、前記管内空間に配置される
   請求項１又は２に記載の超音波霧化分離装置。
4. 前記管の開口面積は、前記流下口の開口面積より大きい
   請求項３に記載の超音波霧化分離装置。
5. 前記管の開口面積は、０．５ｍｍ^２以上３００ｍｍ^２以下である
   請求項３又は４に記載の超音波霧化分離装置。
6. 前記管は、前記液柱が入る入口を備え、
   前記入口は、前記流下口から離れている
   請求項３から５までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
7. 前記流下口から前記入口までの距離は、１ｍｍ以上である
   請求項６に記載の超音波霧化分離装置。
8. 前記管は、前記管内空間を通過した通過後混合溶液が出る出口を備え、
   前記通過後混合溶液を回収して貯めることにより得られる回収後混合溶液を収容する収容空間が形成された混合溶液回収部を備え、
   前記出口は、前記回収後混合溶液に浸漬される
   請求項３から７までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
9. 前記管は、前記管内空間を通過している通過中混合溶液が溜まるトラップを備える
   請求項３から８までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
10. 前記管は、前記液柱が入る入口と、前記管内空間を通過した通過後混合溶液が出る出口と、を備え、
    前記トラップは、鉛直方向の下端にある第１の折り返し位置において折り返す第１のＵ字部分と、前記鉛直方向の上端にある第２の折り返し位置において折り返し前記第１のＵ字部分より前記出口寄りに配置される第２のＵ字部分と、を備え、
    前記第２の折り返し位置は、前記鉛直方向について、前記入口と前記第１の折り返し位置との間にある
    請求項９に記載の超音波霧化分離装置。
11. 前記構造体は、メッシュ構造体である
    請求項１又は２に記載の超音波霧化分離装置。
12. 前記メッシュ構造体に塗布された撥水剤を備える
    請求項１１に記載の超音波霧化分離装置。
13. 前記メッシュ構造体の繊維間隔は、１００μｍ以上２ｍｍ以下であり、
    前記メッシュ構造体の目開き率は、５０％以上８０％以下である
    請求項１１又は１２に記載の超音波霧化分離装置。
14. 前記メッシュ構造体は、平板型構造体である
    請求項１１から１３までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
15. 前記平板型構造体は、前記流下口から離れている
    請求項１４に記載の超音波霧化分離装置。
16. 前記流下口から前記平板型構造体までの距離は、１ｍｍ以上である
    請求項１５に記載の超音波霧化分離装置。
17. 前記メッシュ構造体は、鉛直方向の上方に向かって開口したお椀型構造体である
    請求項１１から１３までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
18. 前記お椀型構造体は、前記鉛直方向の上端に配置される上端部を備え、
    前記上端部の開口面積は、前記流下口の開口面積より大きい
    請求項１７に記載の超音波霧化分離装置。
19. 前記お椀型構造体は、前記鉛直方向の上端に配置される上端部を備え、
    前記上端部の開口面積は、１０ｍｍ^２以上である
    請求項１７又は１８に記載の超音波霧化分離装置。
20. 前記お椀型構造体は、前記鉛直方向について、５ｍｍ以上の大きさを有する
    請求項１７から１９までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
21. 前記お椀型構造体に孔が形成され、
    前記液柱は、前記孔を通過する
    請求項１７から２０までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
22. 前記構造体は、前記液柱の周方向に配列される複数の羽根を備えるルーバー状構造体である
    請求項１又は２に記載の超音波霧化分離装置。
23. 前記複数の羽は、４個以上の羽根である
    請求項２２に記載の超音波霧化分離装置。
24. 前記複数の羽根に含まれる、前記周方向に隣接するふたつの羽根の間の距離は、１ｍｍ以上である
    請求項２２又は２３に記載の超音波霧化分離装置。
25. 前記ルーバー状構造体に塗布された撥水剤を備える
    請求項２２から２４までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
26. 前記複数の羽根の各々は、前記液柱の径方向に広がる第１の板状部と、前記径方向から傾斜した傾斜方向に広がり前記第１の板状部に結合される第２の板状部と、を備える
    請求項２２から２５までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
27. 前記複数の羽根の各々は、鉛直方向について、１０ｍｍ以上の大きさを有し、
    前記液柱の中心軸から前記第１の板状部までの距離は、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、
    前記第１の板状部は、前記径方向について、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大きさを有し、
    前記第２の板状部は、前記傾斜方向について、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の大きさを有し、
    前記傾斜方向は、前記径方向と９０°以上１７０°以下の角度をなす
    請求項２６に記載の超音波霧化分離装置。
28. 前記構造体は、鉛直方向の下方に向かうにつれてすぼまり管内空間が形成されたテーパー管を備え、
    前記液柱の一部は、前記管内空間に配置される
    請求項１又は２に記載の超音波霧化分離装置。
29. 前記テーパー管は、前記鉛直方向について、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の大きさを有する
    請求項２８に記載の超音波霧化分離装置。
30. 前記テーパー管は、前記鉛直方向の上端に配置される上端部を備え、
    前記上端部の開口面積は、前記流下口の開口面積より大きい
    請求項２８又は２９に記載の超音波霧化分離装置。
31. 前記テーパー管は、前記鉛直方向の上端に配置される上端部と、前記鉛直方向の下端に配置される下端部と、を備え、
    前記上端部の開口径は、前記下端部の開口径より大きい
    請求項２８から３０までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
32. 前記上端部の開口径は、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
    前記下端部の開口径は、１ｍｍ以上９０ｍｍ以下である
    請求項３１に記載の超音波霧化分離装置。
33. 前記構造体は、前記テーパー管を含み前記鉛直方向に配列される複数のテーパー管であり、
    前記複数のテーパー管に含まれる、前記鉛直方向に隣接するふたつのテーパー管の間の距離は、１００ｍｍ以下である
    請求項３２に記載の超音波霧化分離装置。
34. 前記複数のテーパー管の全体は、前記鉛直方向について、１０ｍｍ以上の大きさを有する
    請求項３３に記載の超音波霧化分離装置。
35. 前記ミストを回収するミスト回収部を備える
    請求項１から３４までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置。
36. 前記ミスト回収部は、前記ミストを静電捕集する
    請求項３５に記載の超音波霧化分離装置。
37. 請求項１から３６までのいずれかに記載の超音波霧化分離装置と、
    空気に含まれる水を、前記液柱から前記ミストを飛散させることにより生成される飛散後混合溶液に吸収させて吸収後混合溶液を生成する吸湿機構と、
    前記飛散後混合溶液を前記超音波霧化分離装置から前記吸湿機構に導く第１の導液部と、
    前記吸収後混合溶液を前記空間に導く第２の導液部と、
    を備え、
    前記分離成分は、水を含み、
    前記混合溶液は、吸湿性物質を含む
    調湿装置。

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