JP3164155U - 超音波反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波エネルギーが均一に反応槽中の反応物を照射することができると共に、反応装置の大型化を図ることができる超音波反応装置を提供する。【解決手段】超音波反応装置１００は、蓋１１を有する反応容器１０と、反応容器内に配置され、所定周波数の超音波を放射する棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂとを備え、棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂは、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部２１ａ，２１ｂを有し、該放射部２１ａ，２１ｂの他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子２２ａ，２２ｂが設けられ、放射部２１ａ、２１ｂの先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射し、放射部２１ａ，２１ｂは、振動子２２ａ，２２ｂの発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされる。【選択図】図１

Description

考案の詳細な説明

本考案は、超音波を用いて分散、乳化、化学反応の促進等の処理過程を行うことができる超音波反応装置に関する。

従来、超音波を用いて化学反応を促進する場合は、超音波洗浄器のような槽式超音波発生装置を用い、反応容器を槽式超音波発生装置の中に設置し、槽中の液体を介して反応容器の下から超音波を照射し、反応を行う（特許文献１参照）。

特開平１１−１７９１９６号公報

しかしながら、特許文献１の場合、超音波が反応容器の下から照射するため、比較的に大きい反応容器を用いて大量処理の場合、反応容器内の反応液の深さが増え、そのため、液面に近い部分の超音波が弱くなる傾向があるため、反応槽内の反応物を均一に照射することができない、反応装置の大型化が困難である。

そこで、この考案は、超音波エネルギーが均一に反応槽中の反応物を照射することができると共に、反応装置の大型化を図ることができる超音波反応装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本考案に係る超音波反応装置は、液体に超音波を照射し、超音波エネルギーを利用して上記液体を処理する超音波反応装置において、蓋を有する反応容器と、前記反応容器内に配置され、所定周波数の超音波を放射する棒状超音波放射体とを備え、前記棒状超音波放射体は、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部を有し、該放射部の他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子が設けられ、放射部の先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射し、前記放射部は、前記振動子の発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされることを特徴とするものである。

例えば、前記反応容器内に複数の棒状超音波放射体が配置され、前記複数の棒状超音波放射体は、前記放射部を反応液内に位置するように所定高さ、かつ所定の間隔で前記蓋に装着される。

また例えば、前記反応容器は、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結され、前記棒状超音波放射体の振動子側には、取り付け用フランジが設けられ、該取り付け用フランジを介して前記蓋に設けられた取付部に装着されることを特徴とする。

本考案によれば、棒状超音波放射体が反応容器の内部に設置されて超音波を照射することで、超音波エネルギーが均一に反応槽中の反応物を照射することができると共に、反応装置の大型化を図ることができることができる。

また、棒状超音波放射体は、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部を有し、該放射部の他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子が設けられ、放射部の先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射することによって、超音波エネルギーの放射面積が大きくし、超音波エネルギーが均一に反応容器中の反応物を照射することができる。また、振動子は複数の周波数を発生することができるものを用いる場合、異なる周波数で反応物を照射することができ、多種の反応物に適することができる。

また、放射部は、振動子の発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされることで、電気音声変換率を向上することができる。

また、複数の棒状超音波放射体は、所定高さ、所定の間隔で前記蓋に装着されることで、超音波エネルギーの利用効率を向上することができる。

さらに、反応溶液が少ない場合、または処理する反応溶液の量が変化する場合、反応容器は、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結され、かつ棒状超音波放射体の振動子側には、取り付け用フランジが設けられ、該取り付け用フランジを介して蓋に設けられた取付部に装着される構成にすることで、反応溶液の量に合わせて反応装置を変更する必要がなく、効率よく反応物を照射することができる。

第１の実施の形態の超音波反応装置の構成を示す断面図である。 図１の超音波反応装置の構成を示す蓋の平面図である。 第２の実施の形態の超音波反応装置の構成を示す断面図である。 図３の超音波反応装置の構成を示す蓋の平面図である。

本考案に係る超音波反応装置を実施するための最良の形態を、図を参照して説明する。図１は本考案に係る第１の実施の形態の超音波反応装置１００の構成を示す図である。図２は、超音波反応装置１００の構成を示す蓋の平面図である。

図１および図２に示すように、超音波反応装置１００は、反応容器１０と、棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂと、超音波発振器３０ａ，３０ｂと、攪拌機４０とから構成されている。

反応容器１０は、円筒形で、底部に排出口が設けられている。排出口にはバルブ１０ａが接続されている。また、反応容器１０の上部の開口部には、蓋１１がクランプ１１ａを介して装着されている。蓋１１には、投入口１２、排気口１３、給水口１４、薬品注入口１５，１６が設けられている。また、棒状超音波放射体２０を装着するための取付部１７が設けられている。ここで、取付部１７は、所定に間隔に設けられた貫通穴である。棒状超音波放射体２０が取付部１７にねじ止めで反応容器１０に装着される。この例において、２本の棒状超音波放射体２０が設けられている。この２本の棒状超音波放射体２０の中心軸間の距離が１００〜１０００ｍｍとする。

また、棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂは、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部２１ａ，２１ｂを有し、放射体２１ａ，２１ｂの一端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子２２ａ，２２ｂが設けられ、放射体２１ａ，２１ｂの先端および側面が放射面として超音波を放射する。先端と側面からバランスよく超音波放射するために、放射部２１の円錐または円錐台状先端の頂角は、３０〜１２０度が好ましい。頂角が３０度より小さい場合、先端から照射される超音波が少なくなる。一方、頂角が１２０度より大きい場合、側面から照射される超音波が少なくなる。

振動子２２ａ，２２ｂは、超音波発振器３０ａ，３０ｂからの高周波電力を機械振動に変換するものである。本実施の形態においては、振動子２２ａの発振周波数は２５ｋＨｚとされ、振動子２２ｂの発振周波数は４０ｋＨｚとされる。なお、放射体２１ａ，２１ｂの長手方向の長さは、振動子２２ａ，２２ｂの発振周波数によって所定の長さとされる。例えば、振動子２２ａ，２２ｂの発振周波数に対応する波長λである場合、λ／２の整数倍とされる。放射体２１ａ，２１ｂの直径はλ／２〜λ／６とされる。直径がλ／２より大きい、またはλ／６より小さい場合、放射体２１ａ，２１ｂと振動子２２ａ，２２ｂからなる振動系の高周波電力を機械振動に変換する効率が低くなる。なお、振動子２２ａ，２２ｂはそれぞれ複数の周波数を発生することができるものを用いるようにしてもよい。

超音波発振器３０ａ，３０ｂは、高周波電力を振動子２２ａ，２２ｂに印加するものである。攪拌機４０は、１段または２段の攪拌羽根を有するものである。

このように本実施の形態においては、超音波反応装置１００は、蓋１１を有する反応容器１０と、反応容器内に配置され、所定周波数の超音波を放射する棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂとを備え、棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂは、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部２１ａ，２１ｂを有し、該放射部２１ａ，２１ｂの他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子２２ａ，２２ｂが設けられ、放射部２１ａ，２１ｂの先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射し、放射部２１ａ，２１ｂは、振動子２２ａ，２２ｂの発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされる。

これにより、棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂが反応容器１０の内部に設置されて超音波を照射することで、超音波エネルギーが均一に反応容器中の反応物を照射することができると共に、反応装置の大型化を図ることができることができる。また、電気音声変換率を向上することができる。

また、超音波エネルギーの放射面積が大きくし、超音波エネルギーが均一に反応容器中の反応物を照射することができる。また、振動子２２は複数の周波数を発生することができるものを用いる場合、異なる周波数で反応物を照射することができ、多種の反応物に適することができる。

また、複数の棒状超音波放射体２０ａ，２０ｂは、所定高さ、所定の間隔で蓋１１に装着されることで、超音波エネルギーの利用効率を向上することができる。

図３は本考案に係る第２の実施の形態の超音波反応装置２００の構成を示す図である。図４は、超音波反応装置２００の構成を示す蓋の平面図である。

図３および図４に示すように、超音波反応装置２００は、反応容器１０Ａと、２本の棒状超音波放射体２０と、２つの超音波発振器３０と、攪拌機４０とから構成されている。この例において、反応容器１０Ａおよび取り付け用フランジ２３以外に上述した超音波反応装置１００の構成と同じである。その詳細な説明を省略する。

反応装置２００は、反応容器１０Ａと、２本の棒状超音波放射体２０と、２つの超音波発振器３０と、攪拌機４０とから構成されている。

反応容器１０Ａは、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結され、底部には、排出口が設けられている。排出口にはバルブ１０ａが接続されている。また、反応容器１０Ａの上部の開口部には、蓋１１Ａがねじで装着されている。蓋１１Ａには、投入口１２、排気口１３、給水口１４、薬品注入口１５，１６が設けられている。また、棒状超音波放射体２０を装着するための取付部１７Ａが設けられている。ここで、取付部１７Ａは、所定に間隔に設けられたフランジを有する筒状のものである。

また、棒状超音波放射体２０の振動子側には、取り付け用フランジ２３が設けられる。該取り付け用フランジ２３をクランプ等介して蓋１１Ａに設けられた取付部１７Ａに取り付けることで、棒状超音波放射体２０が反応容器１０Ａに装着される。

このように本実施の形態においては、超音波反応装置２００は、蓋１１Ａを有する反応容器１０Ａと、反応容器内に配置され、所定周波数の超音波を放射する棒状超音波放射体２０とを備え、棒状超音波放射体２０は、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部２１を有し、該放射部２１の他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子２２が設けられ、放射部２１の先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射し、放射部２１は、振動子２２の発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされる。

これにより、棒状超音波放射体２０が反応容器１０の内部に設置されて超音波を照射することで、超音波エネルギーが均一に反応容器中の反応物を照射することができると共に、反応装置の大型化を図ることができることができる。また、電気音声変換率を向上することができる。

また、超音波エネルギーの放射面積が大きくし、超音波エネルギーが均一に反応容器中の反応物を照射することができる。また、振動子は複数の周波数を発生することができるものを用いる場合、異なる周波数で反応物を照射することができ、多種の反応物に適することができる。

また、複数の棒状超音波放射体２０は、所定高さ、所定の間隔で蓋に装着されることで、超音波エネルギーの利用効率を向上することができる。

さらに、反応溶液が少ない場合、または処理する反応溶液の量が変化する場合、反応容器１０は、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結され、かつ棒状超音波放射体２０の振動子側には、取り付け用フランジ２３が設けられ、該取り付け用フランジ２３をクランプ等介して蓋１１Ａに設けられた取付部１７Ａに取り付けることで、棒状超音波放射体２０が反応容器に装着される構成にすることで、反応溶液の量に合わせて反応装置を変更する必要がなく、効率よく反応物を照射することができる。

なお、上述実施の形態においては、棒状超音波放射体を２本用いたものについて説明したが、これに限定されるものではない。反応容器１０，１０Ａの容量に合わせて３本以上の棒状超音波放射体を用いてもよい。

また、上述実施の形態においては、反応容器１０Ａは、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結されるものについて説明したが、これに限定されるものではない。下部の大径部と、上部の小径部とを有し、大径部と小径部とはテーパ部を介して連結される反応容器にしてもよい。

この考案は、バッチ式反応装置または流通タイプの反応容器を有する反応装置利用できる。

１０，１０Ａ 反応容器
１１，１１Ａ 蓋
１２ 投入口
１３ 排気口
１４ 給水口
１５，１６ 薬品注入口
１７，１７Ａ 取付部
２０、２０ａ，２０ｂ 棒状超音波放射体
２１，２１ａ，２１ｂ 放射体
２２，２２ａ，２２ｂ 振動子
２３ 取り付け用フランジ
３０，３０ａ，３０ｂ 超音波発振器
４０ 攪拌機
１００，２００ 超音波反応装置

Claims (3)

1. 液体に超音波を照射し、超音波エネルギーを利用して上記液体を処理する超音波反応装置において、
   蓋を有する反応容器と、前記反応容器内に配置され、所定周波数の超音波を放射する棒状超音波放射体とを備え、
   前記棒状超音波放射体は、先端が円錐または円錐台状に形成された円柱または円筒状の放射部を有し、該放射部の他端に少なくとも１つの周波数の超音波振動を発生する振動子が設けられ、放射部の先端および側面が超音波エネルギーを放射する放射面として超音波を放射し、
   前記放射部は、前記振動子の発振周波数に対応する波長λである場合、長さがλ／２の整数倍とされ、かつ直径がλ／２〜λ／６とされることを特徴とする超音波反応装置。
2. 前記反応容器内に複数の棒状超音波放射体が配置され、前記複数の棒状超音波放射体は、前記放射部を反応液内に位置するように所定高さ、かつ所定の間隔で前記蓋に装着されることを特徴とする請求項１に記載の超音波反応装置。
3. 前記反応容器は、下部の小径部と、上部の大径部とを有し、小径部と大径部とはテーパ部を介して連結され、
   前記棒状超音波放射体の振動子側には、取り付け用フランジが設けられ、該取り付け用フランジを介して前記蓋に設けられた取付部に装着されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波反応装置。

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