JP3479680B2 - 超音波利用微小脱気装置 - Google Patents

超音波利用微小脱気装置

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JP3479680B2
JP3479680B2 JP2000206397A JP2000206397A JP3479680B2 JP 3479680 B2 JP3479680 B2 JP 3479680B2 JP 2000206397 A JP2000206397 A JP 2000206397A JP 2000206397 A JP2000206397 A JP 2000206397A JP 3479680 B2 JP3479680 B2 JP 3479680B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
液体中に溶け込んでいる気体を除去するための超音波利
用脱気装置に関し、特に、人工透析等において透析効率
を低下させる要因となっている透析液中の気体を除去す
るための脱気装置等において、当該装置を自由に持ち運
びできる程度に小型化することができるようにした超音
波利用微小脱気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】人工透析においては患者の血液を、微少
な孔が無数に存在する内径0.2mm程度の高分子製中
空糸を2〜3万本束ねてなる人工透析膜を用いたダイア
ライザーを通すことにより、血液中の老廃物や余分の水
分などを人工透析液中に拡散して人工的に取り除いてい
る。この人工透析に際しては、通常の場合この人工透析
設備を備えている病院に患者が週に3日程度通い、1回
約4時間この人工透析を行うことを繰り返している。ま
た、比較的小型の設備を家庭内に設置し、病院に頻繁に
通う必要がないようにした人工透析装置も用いられるよ
うになっている。
【0003】このような人工透析に際しては、透析液中
に溶存ガスが存在すると前記人工透析膜で血液中の老廃
物や余分の水を濾過する能力が減少してしまい、所定の
時間内で濾過することができる老廃物等の量が少なくな
り、また所定の老廃物等を除去するには多くの時間を要
することとなる。
【0004】そのため、人工透析装置においては、透析
液をダイアライザーに通す前に透析液中の溶存ガスを取
り除く脱気処理を行っている。従来、この脱気処理に際
しては、ダイアライザーに通す直前に一度透析液を高真
空下に置き、透析液中に溶解している気体を除去するこ
とが行われている。その際の真空形成手段としては、通
常真空ポンプが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、人工透
析装置において透析液を人工透析膜からなるダイアライ
ザーに通す前に透析液中の気体成分を除去する脱気を行
う際に、真空ポンプで高真空を形成し、その中を透析液
を通すようにしたものにおいては、真空ポンプを高速回
転させ、且つ安全性を高めるためにポンプ自体が大型化
する問題点があった。特にこのポンプは金属製のため非
常に重いものとならざるを得ない。
【0006】人工透析装置は種々の機器から構成され、
真空ポンプのように大型で重い装置を備えているため、
その装置は原則として病院に設置され、患者がこの病院
に通って処置を受けるものであり、特別な場合に家庭に
その設備を設置して、そこで透析を受けるようにしてい
る。そのため、いずれにしても患者は定期的に人工透析
の設置場所に行き、所定の人工透析を行うこととなる。
その透析は人間の生理に関する機能部分であるので、週
に3日程度は定期的に行う必要があり、数日間の旅行や
出張等にでも制約を生ずる。
【0007】そのため、この人工透析装置をより小型化
し、携帯できるようにする研究も行われている。その際
特に問題となるのは上記のような脱気のための真空ポン
プの存在であり、これを小型化しようとしても回転部分
の潤滑機構を含め、耐久性、安全性を考慮した多くの部
品により構成されるため、その小型化、軽量化には限界
がある。したがってこの部分が、人工透析装置の携帯装
置化のネックとなっていた。
【0008】一方、脱気装置は上記のような透析装置に
限らず種々の分野で用いられており、例えば高速液体ク
ロマトグラフィ(HPLC)においても、溶液中に含ま
れている溶存ガスが分析精度低下等の様々なトラブルの
原因となるため、脱気を行っている。その際にHe置換
法が採用されることもあるが必ずしも充分な脱気を行う
ことができず、また、真空ポンプを用いると前記と同様
に大きな重量となり、装置の小型化を行うときのネック
となる。更に同様に、種々の分野の脱気装置において
も、より高性能で小型化、軽量化することはこの技術分
野全てにおいて重要な課題であることに変わりはない。
【0009】したがって本発明は、液体中から気体を除
去する脱気装置において、小型軽量化が可能であり、特
に人工透析装置の脱気装置として有効な超音波利用微小
脱気装置を提供することを目的とする。
【0010】 本発明は、上記課題を解決するため、請
求項1に係る発明は、基板と、該基板の表面と間隙を有
して配置した覆板と、該基板の裏面に固定した超音波振
動発生器とを備え、前記基板表面には、基板の両端縁部
の一方及び他方に配置した被処理液体の入口及び出口、
並びに両者間に位置する脱気室を形成する液体流路形成
手段を備えると共に、被処理液体の流路方向に対して直
角に基板の両側縁部をつなぐように延びる複数の細溝を
形成し、該細溝壁面を撥水処理したことを特徴とする超
音波利用微小脱気装置としたものである。
【0011】また、請求項2に係る発明は、前記流路形
成手段は、前記入口及び出口並びに脱気通路を除き撥水
処理した周縁撥水処理部分により形成した請求項1記載
の超音波利用微小脱気装置としたものである。
【0012】また、請求項3に係る発明は、前記細溝壁
面の撥水処理は、撥水処理剤を該細溝の端部側から毛細
管現象により内側に侵入させ処理した請求項1記載の超
音波利用微小脱気装置としたものである。
【0013】また、請求項4に係る発明は、前記装置を
人工透析装置に用いた請求項1記載の超音波利用微小脱
気装置としたものである。
【0014】また、請求項5に係る発明は、前記装置を
高速液体クロマトグラフィーに用いた請求項1記載の超
音波利用微小脱気装置としたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。図1は本発明の実施例の平面図であり、図2は
同図のA−A部分の断面図、図3は同図のB−B部分の
断面図である。脱気装置1は、表面中央部に多数の平行
な細溝2を形成したシリコン等からなる基板3上に、微
小間隙を介してガラス板等の覆板4を貼ると共に、基板
3の下部に形成した凹部5に超音波振動発生器6を固定
し、外部から電力を供給して作動可能としている。
【0016】基板3は図1の点線ハッチングで示すよう
に周囲部及び溝内を周囲撥水処理部分7としており、逆
に撥水処理がされていない非撥水処理部分8によって基
板3の両端縁に位置する入口9,出口10、及び両者間
に形成される脱気室11が各々形成される。また、被処
理液体の流路は非撥水処理部分以外を基板3及び覆板4
を接合して形成する。
【0017】基板3の細溝2は、図1に示されるように
脱気室11に位置する部分においては被処理液体の流路
方向に対して直角に均等間隙で且つ平行に設けており、
周囲撥水処理部分8の領域内において両側端縁14、1
5に向かうにつれて間隔を狭め、更に側端縁14,15
部分において外部に開口し、後述するように脱気室11
で脱気された気体を外部に排出可能にしている。この細
溝2は、基板3がシリコン等により形成されている場合
にはエッチングにより容易に形成することができ、その
際は例えば深さ2.7μm、幅2μm等、適宜の大きさ
に形成することができる。また、その場合の脱気装置1
は、厚さ0.9mm程度で10mm四方以下の大きさと
することもできる。
【0018】また、この細溝2は前記周囲撥水処理部分
7と同様に撥水処理され、細溝内撥水処理部分16とさ
れる。この撥水処理に際しては、細溝2の端部から撥水
処理剤を導入することにより、その撥水処理剤は細溝2
の毛細管現象により内部に直ちに侵入することにより、
容易に処理を行うことができる。
【0019】基板3裏面の凹部5に設けた超音波振動発
生器6は、例えばピエゾ素子等の電歪素子によって構成
され、外部から供給される電力により駆動され、この脱
気装置1の、特に脱気室11部分を集中的に発振させ
る。
【0020】上記のように構成される脱気装置において
は、入口9から透析液等の被処理液体が導入されると、
その被処理液体は大面積の脱気室11に入り、流速が落
とされる。その際、被処理液体は脱気室11の周囲が周
囲撥水処理部分7において撥水処理されていると共に、
基板3と覆板4の間隙が充分に狭いため、例えば図4の
細溝2の縦断面方向の断面図に示されるように、内部の
被処理液体17は周囲撥水処理部分7より外方に進入す
ることができず、格別のシールを行うこと無しに周囲撥
水処理部分7のみで脱気室11を形成することができ
る。
【0021】この脱気室11内の被処理液体は、この直
下に位置する超音波振動発生器6の作動によって超音波
を受ける。それにより、内部に溶存している気体はキャ
ビテーション現象により次第に分離し気泡となり、例え
ば図5の細溝2の縦断面方向の断面図に示されるように
次第に凝集してその気泡18は次第に大きくなる。この
気泡が大きくなると、例えば図6の実験結果を示す写真
に示されるように、分離凝集気泡18は基板3と覆板4
の間の脱気室11に広がる。
【0022】この状態から更に加振すると、分離収集気
泡18は細溝2の存在により被処理流体17の流動方向
よりもむしろそれとは直角方向の両側縁14,15側に
広がり、且つ移動する。図6(a)においては、図中右
側の分離凝集気泡18が側縁部分の周囲撥水処理部分に
存在する外周縁空気層19に接触しようとする直前の状
態を示している。その後、この分離凝集気泡18は外気
に通じている外周縁空気層19と一体化し吸収される。
この状態は図6(b)に示されており、ここでは(a)
の図中左側の分離凝集気泡18も外周縁空気層19に吸
収され、脱気された状態が示されている。最終的には図
6(c)に示されるように、被処理液体の気体分はほぼ
完全に除去され、脱気装置1の出口10から、例えば人
工透析装置においてはダイアライザーに導入される。
【0023】上記実施例において、基板の両端縁部に対
向して配置した被処理液体の入口及び出口、並びに両者
間に位置する脱気通路を形成する流路形成手段として、
周縁撥水処理部分により形成した例を示したが、例えば
シール部材によって形成することも可能である。更に本
発明は、上記のような人工透析の脱気装置に限らず、高
速液体クロマトグラフィー等、種々の装置における脱気
装置として使用することができる。
【0024】 本願の請求項1に係る発明におい
ては、特に前記基板表面には、基板の両端縁部の一方及
び他方に配置した被処理液体の入口及び出口、並びに両
者間に位置する脱気室を形成する液体流路形成手段を備
えると共に、被処理液体の流路方向に対して直角に基板
の両側縁部をつなぐように延びる複数の細溝を形成し、
該細溝壁面を撥水処理したので、基板裏面に設けた振動
発生装置による振動によって液体中の気体は気泡とな
り、次第に凝集して大きな気泡となりつつ、撥水処理さ
れた細溝に沿って液体流路とは直角方向に移動し、両端
縁から外部に排出される。そのため従来のような大型で
重い真空ポンプを用いる必要が無くなり、各種の装置に
用いられる脱気装置を小型化し、軽量化することができ
る。
【0025】また、請求項2に係る発明においては、前
記流路形成手段は、前記入口及び出口並びに脱気通路を
除き撥水処理した周縁撥水処理部分により形成した請求
項1記載の超音波利用微小脱気装置としたので、簡単な
手段により、確実に被処理液体の流路を形成することが
できる。
【0026】また、請求項3に係る発明は、前記細溝壁
面の撥水処理は、撥水処理剤を該細溝の端部側から毛細
管現象により内側に侵入させ処理した請求項1記載の超
音波利用微小脱気装置としたので、極めて小さな細溝で
も、またその溝が小さければ小さいほど確実に壁面の撥
水処理を行うことができる。
【0027】また、請求項4に係る発明は、前記装置を
人工透析装置に用いた請求項1記載の超音波利用微小脱
気装置としたので、人工透析装置の携帯化を妨げる大き
な要因となっていた真空ポンプ等の脱気装置を不要と
し、極めて小型で軽量な脱気装置とすることができ、携
帯型人工透析装置の開発に寄与することができる。
【0028】また、請求項5に係る発明は、前記装置を
高速液体クロマトグラフィーに用いた請求項1記載の超
音波利用微小脱気装置としたので、高速液体クロマトグ
ラフィーの小型軽量化及び脱気性能の向上が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の平面図である。
【図2】図1のA−A部分の断面図である。
【図3】図1のB−B部分の断面図である。
【図4】脱気処理を行う前の図2の部分断面図であり、
内部の被処理液体を模式的に示した図である。
【図5】脱気処理を行っているときの図3の部分断面図
であり、内部の被処理液体を模式的に示した図である。
【図6】本発明による脱気装置の実験結果を示す写真で
あり、(a)は分離凝集気泡が凝集して側端縁側に移動
している状態を示し、(b)は分離凝集気泡が外周縁空
気層に吸収されている状態を示し、(c)は同外周縁空
気層に吸収された状態を示している。
【符号の説明】
1 脱気装置 2 細溝 3 基板 4 覆板 6 高周波振動発生装置 7 周囲撥水処理部分 8 非撥水処理部分 9 入口 10 出口 11 脱気室 17 被処理液体 18 分離凝集気泡 19 外周縁空気層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 19/00 - 19/04 C02F 1/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板の表面と間隙を有して配
    置した覆板と、該基板の裏面に固定した超音波振動発生
    器とを備え、 前記基板表面には、基板の両端縁部の一方及び他方に配
    置した被処理液体の入口及び出口、並びに両者間に位置
    する脱気室を形成する液体流路形成手段を備えると共
    に、被処理液体の流路方向に対して直角に基板の両側縁
    部をつなぐように延びる複数の細溝を形成し、該細溝壁
    面を撥水処理したことを特徴とする超音波利用微小脱気
    装置。
  2. 【請求項2】 前記流路形成手段は、前記入口及び出口
    並びに脱気通路を除き撥水処理した周縁撥水処理部分に
    より形成した請求項1記載の超音波利用微小脱気装置。
  3. 【請求項3】 前記細溝壁面の撥水処理は、撥水処理剤
    を該細溝の端部側から毛細管現象により内側に侵入させ
    処理した請求項1記載の超音波利用微小脱気装置。
  4. 【請求項4】 前記装置を人工透析装置に用いた請求項
    1記載の超音波利用微小脱気装置。
  5. 【請求項5】 前記装置を高速液体クロマトグラフィー
    に用いた請求項1記載の超音波利用微小脱気装置。
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