JPH0321340A - 粒状物の制御法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、液状媒体中の粒状物を操作するための超音
波エネルギーの使用に関する。

従来の技術 液体中の懸濁粒子に作用する超音波定常波からの音波力
によって、個々の粒子が定常波の波節または波腹へ誘引
されることが知られている。このような誘引が波節に対
しておこなわれるか、波腹に対しておこなわれるかは、
本発明の目的との関係においては重要ではないので、以
下においては説明を簡単にするために、このような誘引
ゾーンに関しては、波節もしくは波節面についてのみ言
及する。このような粒子が波腹へ誘引される場合にも同
様の操作機構が適用されるので、このような態様も本発
明の範囲内に包含される。

超音波定常波におけるこのような機構によって粒状物を
操作することが提案されている。例えば、本件出願人に
よるヨーロッパ特許出願第１４７０３２号（８　４．３
　０　７　４　９　６．４）明細書には、軸方向に位置
させた２個の超音波変換器を用いることによって、該変
換器間に介在させた液体の共軸カラム内における粒状物
の移動を制御するために、定常波を形成させる方法、お
よび該定常波をその軸に沿って転置させることによって
、定常波の影響下で該カラムに沿って粒状物を移動させ
る方法が記載されている。

このような系にはいくつかの制限がある。特に、媒体中
を通過する超音波エネルギーの減衰効果に起因する制限
がある。この制限によって、音波流が粒状物の波節への
誘引を過度に弱化させる前に、カラム内における定常波
の実効長を限定する。このような問題を回避できる方法
が、本件出願人によるＰＣＴ出願Ｗ０８５／０１８９２
号（ＰＣＴ／ＧＢ８４／００３６８）明細書に開示され
ている。しかしながら、この方法は、定常波の波節面に
おける音波エネルギー密度を適当な不均一度に維持する
ことに基づくため、このような系の構或と操作が複雑に
なるという難点がある。

発明が解決しようとする課題 この発明は、液状媒体中の粒状物を、音波流効果（ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ　ｓｔｒｅａＩ１ｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ
）によって過度に制限されることなく、比較的簡単な方
法によって制御できる装置と方法を提供するためになさ
れたものである。

課題を解決するための手段 即ちこの発明は、粒状物含有液体を保有する境界壁を通
る軸を有する超音波定常波の発生手段を備え、該手段が
、該液体と定常波とが該境界壁の方向に相対運動するこ
とによって該定常波の波節面へ誘引される粒状物を該境
界壁へ移動させるように配設された液中粒状物の移動制
御装置に関する。

本発明による装置の一態様においては、液体は溝の向か
い合った壁部の間を流れ、該溝の少なくとも一方の側壁
上の超音波エネルギー発生手段が該向置壁部と、好まし
くは実質上４５°以下の角度で交差する波節面を有する
定常波を発生させ、該波節面上に保持された粒状物が、
溝を通る液流の方向に応じて、該向置壁部の一方もしく
は他方へ移送される。

溝を通る液流中において作用して該液流中の粒状物に影
響を及ぼす定常波を用いる場合には、選択された境界壁
に対してより近くを流れる液流とより遠くを流れる液流
の各々に対応する流出口を溝に設け、これによって液流
を、粒状物の含有量が増加した液流と減少した液流に分
割してもよい。

本発明はまた、粒状物含有液流中において、液流方向に
対して斜方向に延びる波節面を有する超音波定常波を発
生させることによって、該波節面上の粒状物を、液体が
沿って流れる境界壁へ向かって移送させることを含む液
中粒状物の移動制御法にも関する。

以下、添付図面に基づき、本発明を実施例によってさら
に詳述する。

第１図は本発明による装置の一態様を示す模式的側面図
である。

第２図は第ｌ図に示す装置に修正を加えた装置のＡ−Ａ
面からの模式的正面図である。

第１図に側面が示される方形断面を有するダクト（２）
は、上部の音波連結ブロック（ａｃｏｕｓｔ　ｉｃｃｏ
ｕｐｌ　ｉｎｇ　ｂｌｏｃｋ）（　４　）と下部の反射
ブロック（ｒｅｆ−ｌｅｃｔｉｎｇ　ｂｌｏｃｋＸ６　
）との間に介在させる。連結ブロックの上部表面と下部
表面は、ダクト（２）の軸方向に対して約５＠の角度で
傾斜した一連の食違い面（８．１　０）を形成し、ステ
ップ（８ａ，ｌｏａ）はこれらの表面間において、該表
面に対して９０＠の角度で配設される。両方の表面の面
（８．１　０）は相互に平行で、かつ長手力向に互い違
いになっているので、各面対の間のステップ（８ａ．　
ｌ　Ｏａ）は共通の結合面内に位置する。ダクト（２）
に面した反射ブロック（６）の表面にも傾斜した面（ｌ
２）とステップ（１２ａ）が配設される。面（ｌ２）は
連結ブロックの面（８．１　０）に対して平行であり、
ステップ（１２ａ）は連結ブロックのステップ（８ａ．
１０ａ）と共面を有する。

連結ブロック（４）の上部表面上の面（８）には、層状
に連なった超音波変換器（１６）が固定され、傾斜面に
対して垂直な軸に沿った連結ブロックを通して音波エネ
ルギーが出力される。反射プレー｝（１　８）は、変換
器に対して平行に配設される反射ブロック（６）の上部
表面上の傾斜面（ｌ２）に固定され、各々の反射プレー
トは対応する変換器の直交突出領域と実質上一致する。

変換器（１６）から反射プレート（１８）への入射エネ
ルギーは同じ軸に沿って反射される。エネルギーの伝達
方向における放射面（８）と反射面（ｌ２）との間の距
離は、超音波周波数の半波長の整数倍に等しいので、定
常波は、該面の平面に対して平行に、即ち、ダクトの軸
に対してわずかに傾斜して延びた波節面を有する面の間
に発生する。

連結ブロックの向かい合った面（８．１０）の間の距離
は、好ましくは、実質上該ブロック内において音波近領
域（ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ）の不均
一性を内包するのに十分な距離であるので、向かい合っ
た面（１　０．１　２）の間の空間を通して伝達される
音波エネルギーは遠領域（ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ）内にお
いて実質上均一である。

上記の構戒部材の適当な材質例に関しては、連結ブロッ
ク（４）と反射ブロック（６）はアルミニウム製であっ
てもよく、また、反射プレート（１８）はタングステン
製であってもよい。ダクト（２）は音響的に透明な材料
、例えばポリスチレン等から製造される。使用に際して
は、ダクトにはキャリャー液体が充満され、ブロックの
向置面とそれらに隣接するダクトの平行な境界壁との間
の空隙（２０）には、該キャリャー液体と同一もしくは
同等の液体が満たされる。該空隙内の液体は、ブロック
（４．６）の端部に配設されたシール（２２）によって
密閉される。好ましくは、空隙内の液体は操作中は循環
させ、これによって液温を一定に保ち、生戊する気泡を
消失させる。

被分離粒子または被濃縮粒子を含有する液体は、第１図
に示すように、右方向からダクト（２）内へ層流で導入
する。定常波の音波エネルギーの影響によって該定常波
の波節面に保持された懸濁粒子は、該波節面に沿って移
動し、液体の流れ方向に対して斜方向、即ち、内部を図
示した方向で液体が流れるダクトの底部境界！！！（２
ａ）の方向へ移送される。

主要な音波勾配は、一般に定常波の軸方向、即ち、面（
８，１　０．１　２）に対して垂直方向において発生す
ることが期待される。波節面の傾斜角が小さく、ダクト
内には比較的均一な遠領域パターンが形成されるので、
ダクトに沿って軸方向に作用する音波力は比較的小さい
。従って、底部壁の存在によって、傾斜した波節面に沿
った粒子の移動が妨げられる場合には、粒子を液流の牽
引力によって波節から離脱させてダクト内を流通させる
。液体中に音波エネルギー領域が存在することによって
、境界層効果が低減されるので、底部壁に近接した部位
における液体の流速によって、波節から粒子を離脱させ
るのに必要な粘性牽引力が発生す従って、定常波の作用
は、液体と共にダクト内を流通する粒子を底部壁の方へ
濃縮することである。ダクトの出口端には、ダクトの高
さの中間の単位に仕切り（２４）が配設されるので、液
流は、粒子の含有量が増加した下部流と粒子の含有量が
減少した上部流とに分割される。分割された液流は、出
口流路（２６．２８）を通して系外へ排出される。

図示した装置においては、連結ブロックの入口用および
出口用の面（８．１０）と反射面（ｌ２）は平行に配設
されるので、屈折損失（ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｌｏｓｓ
ｅｓ）を極めて小さくすることができる。この種の損失
は、ダクト壁部と液体との界面において発生するものお
よび超音波が完全には視準されないことに起因するもの
に限定される。図示する装置は、完全な共鳴エネルギー
系を形威させるという利点を有する。

ダクトの軸に対する変換器と反射器の角度は広い範囲内
において変化させてもよいが、４５″を越えない角度、
就中、実質上４５°よりも小さい角度が好ましい。波節
面とダクトの軸との間の角度を小さくすると、所定の高
さを有するダクト内を通して粒子を下方へ移動させるの
に必要なダクトの長さを長くしなければならず、このよ
うな態様は不利な場合がある。しかしながら、この角度
を過度に大きくすると、他の構戊要素を変化させない場
合には、液体中の超音波の行路がより長くなり、減衰の
問題が無視出来なくなる。また、粒子が底部壁へ達して
過度に蓄積すると、層流が乱されるので、定常波から粒
子を分離することが一層困難となる。

遠領域において正規のエネルギー分布がおこなわれる場
合には、波節は平面状になるか、ほとんど平面に近い状
態になる。ダクト内へ導入する流体中に、定常波によっ
て影響を受ける粒子が比較的高い濃度で含まれる場合に
は、波節に保持される粒子の密度が高くなると、該粒子
はシート状マスとして捕集される。波節面はダクト（２
）を通る流路に対して傾斜しているので、このような粒
子密度の高いシート状領域は、ダクトを通る液流を大き
く妨げる。

第２図に示す装置はＭｌ図に示す装置を修正したもので
あり、このような問題を回避もしくは緩和できる。第１
図において既に説明した構或部材は第２図においても同
じ番号で示す。上述の変換器（８）と反射器（ｌ２）に
よって構或される定常波系のほかに、第一の定常波系の
波節を横断、好ましくは垂直に横断すると共にダクトを
通る液体の軸方向の流れに対して一般に平行になる波節
を有する第二の定常波系の発生手段が配設される。この
系においては、方形断面を有するダクトの第二の対にな
った側壁の一方に設けられた連結ブロック（３４）を通
して出力する別の変換器が配設され、反射器（３６）は
、変換器（３２）からの半波長の整数倍のところに位置
する第二の面対の向かい合った側壁に固定される。第二
の定常波系に対しては単一の変換器と単一の反射器で十
分であるが、これは両者がダクトに対して牟行になるか
らであり、また、両者はダクトの向かい合った側壁の境
界壁を形戊してもよい。しかしながら、両者はダクト端
のショート（ｓｈｏｒｔ）を終止させる。各々の定常波
系の変換器と反射器はダクトの軸方向において共通境界
を有する必要はない。

２つの定常波系は同時に操作されるので、ダクト中の音
波領域は、第一の系の傾斜波節面が液流の方向を横断す
る音波勾配を有する系の間の相互作用によって形成され
る。２つの系の間の場の強度比を適当に選定する場合、
合戊エネルギーパターンによって、２つの系の平面状波
節の交差部に集中される粒子から或る一連のストリング
（ｓｔｒｉｎｇ）状波節濃縮物が生成すると考えられる
。従って、一部の粒子は、変換器（８）によってもたら
される第一の系の波節に残存するかもしれないが、該交
差部からの粒子の分配量は、第二の系によってもたらさ
れる音波勾配によって大幅に希釈される。

このような交差領域から離れた領域においては、軸方向
の液流に対する抵抗が低減し、また、波節面からの粒子
の時期尚早の液流による掃引をもたらす液圧勾配を発生
する危険性はより少なくなる。

第ｌ図に示す単一の波節系を用いる場合であっても、あ
るいは第２図に示す２つの波節系を用いる場合であって
も、定常波系はいずれの場合も静的である。このため、
変換器の制御手段はかなり簡単化することができ、また
、完全な共鳴状態をより容易に発生させることができる
ので、音波エネルギーは最大限に利用される。第２図に
示す装置のように、２つの定常波系を用いる場合には、
２つの定常波の相対的な周波数を正確に制御する必要は
なく、被処理粒子が波節に濃縮されるような周波数の利
用を確保しさえすればよい。

図示する装置においては、分割分離用のダクト（２）は
必ずしも必要でない。しかしながら、このダクトを省略
する場合には、粒子が引き寄せられる液流の境界部にお
いて、ブロック（６）と反射プレート（１８）の食違い
面が、液流と境を接する平面状表面を提供する音響的に
透明なカバーによって被覆される。

本発明の範囲内において、上記の装置の多くの他の変更
修正が可能である。例えば、空隙（２０）にキャリャー
液体を充満させる代わりに、このような空間に、キャリ
ャー液体（例えば、ポリスチレン製のダクト（２）を用
いる場合には水）の音響インピーダンスに対応する音響
インピーダンスを有する固体状物質を充満させてもよい
。第２ｒＩ！Ｊに示すようなユニットにおいては、ダク
トの第二の側壁面対を提供する境界壁はそれぞれ反射器
（３６）自体および変換器（３２）の連結ブロック（３
４）であってもよい。

本発明において利用する定常波系は、入射エネルギーと
反射エネルギーとの相互作用の代わりに、一対の超音波
変換器の進行波アウトプットの干渉によって発生させて
もよい。

さらに説明をしなくても次のことは明らかである。即ち
第１図の場合、下部のブロック（６）と反射プレート（
１８）は、変換器（１６）とブロック（４）に対応する
第二の一連の変換器とそれらの連結ブロックによって置
き変えてもよく、また、上部および下部のブロックの変
換器は、変換器（１６）と反射プレート（１８）の場合
と同じ様式で配置させてもよい。このような態様におい
ては、例えばヨーロッパ特許明細書に記載された手段を
用いることによって、定常波にその軸に沿った運動を付
与し、これによって、下部の境界壁へ向かって粒子を移
動させる波節面の傾斜効果を増大させることができる。

発明の効果 ダクト内を流動する粒状物の移動は、該ダクトの一対の
側壁に対して小さな角度で傾斜した波節面を有する超音
波定常波によって制御される。従って本発明によれば、
液状媒体中の粒状物を、音波流効果によって過度に制限
されることなく、比較的簡単な方法によって制御、例え
ば分離または濃縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の一態様を示す模式的側面図
である。 第２図は第ｌ図に示す装置を修した装置のＡ−Ａ面から
の模式的正面図である。 （２）はダクト、（４）は連結ブロック、（６）は反射
ブロック、（８）および（１　０）は食違い面、（８ａ
）および（１０ａ）はステップ、（１　２）は傾斜面、
（１２ａ）はステップ、（１６）は超音波変換器、（１
８）は反射プレート、（２０）は空隙、（２２）はシー
ル、（２４）は仕切り、（２６）および（２８）は出口
流路、（３２）は変換器、（３６）は反射器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒状物含有液体を保有する境界壁（２ａ）を通る軸
   を有する超音波定常波の発生手段（１６、１８）を備え
   た液中粒状物の移動制御装置において、該境界壁（２ａ
   ）が定常波の軸に対して 斜方向へ延び、該手段が、該液体と 定常波とが該境界壁の方へ向かって 相対的に運動することによって該定 常波の波節面へ誘引される粒状物を 該境界壁へ移動させるように配設さ れた ことを特徴とする液中粒状物の移動制御装置。 ２、液体の流路が、一対の向かい合った境界壁によって
   限定される向かい合った側壁を有する溝内に位置し、該
   溝の少なくとも一方の側壁上の超音波エネルギー発生手
   段（１６）が、該境界壁と交差する波節面を有する定常
   波を発生し、これによって、該波節面上に保持された粒
   状物が、該溝内の液流方向に応じて該境界壁の一方もし
   くは他方へ移送される請求項１記載の装置。 ３、波節面と溝壁との交差角が実質上４５゜以下である
   請求項２記載の装置。 ４、溝が、選択された境界壁に対してより近くを流れる
   液流とより遠くを流れる液流の各々に対応する流出口（
   ２６、２８）を有し、これによって液流が、粒状物の含
   有量が増加した液流と減少した液流に分割される請求項
   ２または３記載の装置。 ５、第一の定常波と相互作用する第二の定常波を発生す
   る別の超音波エネルギー発生手段（３２）を具備し、第
   二定常波の波節面が第一定常波の波節面を横断すると共
   に、液体と第一定常波との相対運動方向に対して一般に
   平行に延びる請求項１〜４のいずれかに記載の装置。 ６、溝が、一対の境界壁を横断すると共に、相互に平行
   に延びたさらに別の一対の平行側壁を有し、別の超音波
   エネルギー発生手段が、該平行側壁の少なくとも一方の
   側壁上に配設された請求項１〜５いずれかに記載の装置
   。 ７、定常波発生手段が、該相対運動方向に沿って直列状
   に配設された複数の超音波変換器（１６）を有し、該変
   換器が連結部材（４）に装着され、境界壁（２ａ）に対
   して斜方向に位置する該部材の表面（８）と該表面と隣
   接する表面が、これらの表面に対して実質上垂直なステ
   ップ（８ａ）によって連結された請求項１〜６いずれか
   に記載の装置。 ８、一連の反射器（１８）を変換器に対して平行に配設
   するための装着手段が、変換器（１６）と向かい合った
   境界壁の側壁上に配設され、各々の反射器のエッジが、
   対応する変換器の直交状に突出した領域に実質上一致す
   る請求項７記載の装置。 ９、超音波定常波を粒状物含有液流中に形成させること
   によって液中粒状物の移動を制御する方法において、 該定常波の波節面を液流方向に対して斜方向に移動させ
   ることによって、該波節面上の粒状物を、液体が沿って
   流れる境界壁（２ａ）へ向かって移送させることを特徴
   とする液中粒状物の移動制御法。 １０、波節面が、粒状物含有液体の流れ方向に対して、
   実質上４５゜以下の角度で位置する請求項９記載の方法
   。 １１、波節面に液流方向を横断する音波勾配を付与する
   ことによって、粒状物密度のより低い軸方向へ延びる領
   域を波節面内に形成させる請求項９記載の方法。