JPH07204592A - 超音波処理を行なう容器中の液体の温度調節方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容器２内の清掃作業を容易にし、しかも超音
波振動子７、７による液体１の加振を効率良く行なわせ
る。 【構成】 容器２の底壁３及び周壁４をジャケット８ａ
により覆い、このジャケット８ａ内に不活性流体１４を
封入する。超音波振動子７、７は、上記底壁３の下面に
固定する。不活性流体１４は、循環ポンプ１０ａにより
循環しつつ熱交換器１１ａにより温度調節し、この不活
性流体１４により上記容器２内の液体１の温度を調節す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る超音波処理を行な
う容器中の液体の温度調節方法と装置は、超音波振動を
液体に付与する事でこの液体若しくはこの液体に浸漬さ
れた物品を処理する装置、例えば 超音波脱気装置（超音波振動により液体中の溶存気
体を取り除く装置） 超音波脱泡装置（超音波振動により液体中の泡を取
り除く装置） 超音波乳化装置（超音波振動により液体同士の乳化
を促進する装置） 超音波洗浄装置（超音波振動により液体中に浸漬さ
れた物品の汚れを除去する装置） 超音波含浸装置（超音波振動により液体中に浸漬さ
れた物品にこの液体を含浸させる装置） 等に適用して、これら各装置の性能向上を図る。

【０００２】

【従来の技術】容器中に貯溜した液体に超音波振動を加
えてこの液体若しくはこの液体に浸漬された物品を処理
する為に、上記〜に示す様な各種装置が知られてい
る。例えば、洗浄槽内に貯溜した有機溶剤等の液体に超
音波振動を加える事で、この液体中に浸漬された金型等
の物品に付着した汚れを除去する超音波洗浄装置は、実
開平２−１００６８４号公報等に記載されている。

【０００３】この様な超音波振動装置に限らず、液体に
超音波振動を加える各種装置の性能向上を図る為には、
上記液体に超音波振動を加えると同時に、この液体を加
温する事が効果がある。又、例えば上方が開口した容器
中に低沸点の液体を貯溜した状態でこの液体に超音波振
動を加える場合、この液体を冷却する事で処理作業中の
蒸発量を抑える事ができる。この為従来から、超音波振
動を加えた液体の温度を調節する技術が各種考えられ、
更に実際に使用されている。

【０００４】先ず、図８に示した第１例の構造に就いて
説明する。液体１を貯溜した容器２は、底壁３と周壁４
とを有し、上方が開口した有底四角筒状としている。
又、上記容器２の上端開口は、蓋板５により気密に閉鎖
自在としている。更に、上記周壁４の内壁面に沿って、
伝熱管６を配設している。ステンレス鋼管等の金属パイ
プであるこの伝熱管６内には、水蒸気、熱温水等の熱媒
（液体１を加温する場合）或は有機冷媒、冷水等の冷媒
（同じく冷却する場合）を流通させ、上記液体１の温度
調節を自在としている。上記液体１を加振する為の超音
波振動子７、７は、上記底壁３の下面に固定している。
液体１で（又は液体１を）超音波処理する場合には、上
記伝熱管６内に熱媒又は冷媒を流通させつつ、上記超音
波振動子７、７を駆動する。

【０００５】次に、図９に示した第２例の構造の場合に
は、容器２の周壁４の外周にジャケット８を設け、この
ジャケット８内に熱媒又は冷媒を流通自在としている。
液体１を加振する為の超音波振動子７、７は、上記第１
例の場合と同様に、底壁３の下面に固定している。超音
波処理の際には、上記ジャケット８内に熱媒又は冷媒を
流通させつつ、上記超音波振動子７、７を駆動する。

【０００６】次に、図１０に示した第３例の構造の場合
には、容器２の底壁３と周壁４とを囲むジャケット８ａ
を設け、このジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒を流通自
在としている。液体１を加振する為の超音波振動子７ａ
としては、投げ込み型と呼ばれるものを使用し、この超
音波振動子７ａを上記容器２の底部に沈めている。超音
波処理の際には、上記ジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒
を流通させつつ、上記超音波振動子７ａを駆動する。

【０００７】次に、図１１に示した第４例の構造の場合
には、容器２の底壁３の上面に上流端を、周壁４の上部
内側面に下流端を、それぞれ開口させた循環パイプ９の
途中に、循環ポンプ１０と熱交換器１１とを設けてい
る。この熱交換器１１は、循環パイプ９を流通する液体
１を加温したり或は冷却したりするもので、蒸気ヒー
タ、電気ヒータ等のヒータ（加温する場合）、或は冷凍
機のエバポレータ或は電子冷凍機等の冷却器（冷却する
場合）を組み込む。液体１を加振する為の超音波振動子
７、７は、上記底壁３の下面に固定している。超音波処
理の際には、上記循環ポンプ１０と熱交換器１１とを運
転する事により、上記液体１を温度調節しつつ、上記超
音波振動子７、７を駆動する。

【０００８】更に、図１２に示した第５例の構造の場合
には、容器２の底壁３と周壁４とを囲むジャケット８ａ
を設け、このジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒を流通自
在としている。液体１を加振する為の超音波振動子７、
７は、上記ジャケット８ａの下面に固定している。超音
波処理の際には、上記ジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒
を流通させつつ、上記超音波振動子７、７を駆動する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され使用される従来の超音波処理を行なう容器中の
液体の温度調節装置の場合には、次に述べる様な解決す
べき点がある。

【００１０】先ず、図８に示した第１例の構造の場合に
は、周壁４の内周面に伝熱管６が露出している為、この
周壁４内面の清掃作業が面倒になる。又、例えば超音波
洗浄装置として使用する場合には上記伝熱管６が、容器
２の有効容積を減少させるだけでなく、被洗浄物等の被
処理物品を容器２内に出し入れする際に邪魔になる。特
に、容器２が圧力容器である場合には、容器内の有効容
積を確保すべく、容器２全体を大型化すると、その分耐
圧性確保の為の補強が余分に必要になる等の問題を生じ
る。

【００１１】次に、図９に示した第２例の構造の場合に
は、底壁３の下面がジャケット８により覆われていない
分、容器２内の液体１の温度調節が不良となる。特に、
液体１を加温する場合には、底壁３部分で液体１を加温
できないと、加温効率が悪くなって、加温による各種装
置の性能向上を十分に図れない。

【００１２】次に、図１０に示した第３例の構造の場合
には、上記第１例の構造の場合と同様に、容器２内の清
掃作業が面倒になるほか、容器２の有効容積を減少させ
ると言った問題がある。

【００１３】次に、図１１に示した第４例の構造の場合
には、循環パイプ９、循環ポンプ１０、熱交換器１１内
の清掃作業が困難で、液体１が接触する部分を清潔に保
つ事が難しくなる（サニタリー性が悪い）。

【００１４】更に、図１２に示した第５例の構造の場合
には、超音波が容器２の底壁３だけでなく、ジャケット
８ａ及びこのジャケット８ａ内に存在する熱媒又は冷媒
を介して液体１に伝わる為、この液体１を超音波振動さ
せる効率が悪い。

【００１５】上述の様に従来から知られた各種構造は、
或る部分の性能を向上させようとした場合には他の部分
で性能が劣化したり或は面倒が生じるものであった。本
発明はこの様な事情に鑑みて発明したもので、清掃作業
等を面倒にせずに優れたサニタリー性を備え、しかも液
体を超音波振動させる効率及びこの液体を温度調節する
効率の優れた超音波処理を行なう容器中の液体の温度調
節方法と装置を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波処理を行
なう容器中の液体の温度調節方法と装置のうち、請求項
１に記載した超音波処理を行なう容器中の液体の温度調
節方法の発明は、底壁と周壁とを有する有底筒状で、底
壁の下面に超音波振動子を装着した容器内に、超音波処
理を行なうべき液体を貯溜し、この容器の少なくとも底
壁と周壁とを囲んだジャケット内に不活性流体を封入し
てこの不活性流体の温度を調節し、上記底壁及び周壁を
介して上記液体の温度調節を行なう。

【００１７】又、請求項２に記載した超音波処理を行な
う容器中の液体の温度調節装置の発明は、底壁と周壁と
を有し、内部に超音波処理すべき液体を貯溜する有底筒
状の容器と、この容器の底部下面に装着された超音波振
動子と、この容器の周囲に、上記底壁と周壁とを囲む状
態で設けられ、内部に不活性流体を封入したジャケット
と、上記不活性流体の温度を調節する温度調節手段とを
備えている。

【００１８】

【作用】上述の様に構成される本発明の超音波処理を行
なう容器中の液体の温度調節方法と装置によれば、容器
中の液体の温度調節と超音波振動付与とを何れも効率良
く行なえる。又、容器の内側に温度調節用のパイプ、超
音波振動子の何れもが存在しない為、この容器の内側を
清掃する作業も容易である。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の第一実施例を示している。液
体１を貯溜した容器２は、底壁３と周壁４とを有し、上
方が開口した有底四角筒状としている。又、上記容器２
の上端開口は、蓋板５により気密に閉鎖自在としてい
る。容器２の底壁３と周壁４とを囲む部分にはジャケッ
ト８ａを設け、このジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒を
流通自在としている。上記液体１を加振する為の超音波
振動子７、７は、このジャケット８ａの内側部分で、上
記底壁３の下面に固定している。そして、これら各超音
波振動子７、７には、上記ジャケット８ａ外に設けた超
音波発振回路１２より通電自在としている。

【００２０】上記ジャケット８ａの底面に上流端を、上
部内側面に下流端を、それぞれ開口させた循環パイプ９
ａの途中には、循環ポンプ１０ａと熱交換器１１ａとを
設けて、次述する不活性流体１４の温度を調節する為の
温度調節手段を構成している。上記循環パイプ９ａ内を
流通する熱媒又は冷媒の温度は温度センサ１３が検出
し、この温度センサ１３が、上記熱交換器１１ａの運
転、停止を制御して、上記ジャケット８ａ内を所望温度
に調節する。

【００２１】上記ジャケット８ａ及び循環パイプ９ａ内
には、熱媒又は冷媒として機能する不活性流体１４を封
入している。本明細書で言う不活性流体とは、電気絶縁
性に優れ、腐食性を持たないものを言う。又、使用する
不活性流体１４としては、伝熱性が高い事が好ましい。
例えば、特開平５−４０７６号公報に記載された完全弗
化化合物が、上記不活性流体１４として好ましく使用で
きる。

【００２２】本発明に使用可能な完全弗化化合物として
は、上記公報にも記載されている様に、住友スリーエム
（株）が『フロリナート』の商品名で市販している物質
を使用可能である。この『フロリナート』は、沸点が比
較的低い（５６℃）『ＦＣ−７２』から比較的高い（２
５３℃）『ＦＣ−７１』まで、沸点が異なる各種のもの
が市販されているので、液体１の調節すべき温度に合わ
せて選択使用する。尚、本実施例の場合には、不活性流
体１４として、使用温度範囲で液体のままのものを使用
する事が好ましい。これは、ジャケット８ａ内に存在す
る不活性流体１４の熱容量を大きくして、容器２内の液
体１の加温又は冷却を効率良く行なわせる為である。

【００２３】上述の様に構成される本発明の超音波処理
を行なう容器中の液体の温度調節装置により、容器２内
に貯溜された液体１の超音波処理の際には、上記循環ポ
ンプ１０ａと熱交換器１１ａとを運転する事により、上
記ジャケット８ａ内に封入された熱媒又は冷媒を温度調
節しつつ、上記超音波振動子７、７を駆動する。尚、本
発明に使用する超音波振動子７、７としては、図２に示
した様な電歪振動子、或は図３に示した磁歪振動子等、
従来から知られた何れのものも使用可能である。又、こ
れら超音波振動子７、７を装着する面が曲面である場合
には、各超音波振動子７、７の取付面をこの曲面に合わ
せて加工する。

【００２４】ジャケット８ａ内に封入された不活性流体
１４は、上記容器２の底壁３及び周壁４を加温又は冷却
する。この結果、この容器２内に貯溜された液体１の温
度調節を効率良く行なえる。又、上記各超音波振動子
７、７は、上記底壁３の下面に直接固定されているの
で、この容器２内に貯溜された液体１の加振を効率良く
行なえる。更に、上記容器２の内側には温度調節用のパ
イプ（図８の伝熱管６）、超音波振動子（図１０の超音
波振動子７ａ）の何れもが存在しない為、この容器の内
側を清掃する作業も容易である。

【００２５】尚、ジャケット８ａ内に熱媒又は冷媒とし
て水を封入した場合には、上記各超音波振動子７、７へ
の通電に基づき漏電が発生する恐れがあり、アルコール
等の一般的な有機溶剤を使用した場合には、通電に基づ
き発火する恐れがある為、何れも好ましくない。

【００２６】次に、図４は本発明の第二実施例を示して
いる。上述の第一実施例が、ジャケット８ａ内に封入し
た不活性流体１４を循環ポンプ１０ａを途中に設けた循
環パイプ９ａにより強制循環させ、この不活性流体１４
の温度の均一化を図っていたのに対して、本実施例の場
合には、自然対流によって、この不活性流体１４の温度
の均一化を図っている。

【００２７】従って、本実施例の場合には、ジャケット
８ａの底部にヒータ１５を設けている。このヒータ１５
の作動、停止を制御する為の温度センサ１３は、ジャケ
ット８ａの中間部内側に存在する不活性流体１４の温度
を検出する。その他の構成及び作用は、上述した第一実
施例と同様である。

【００２８】次に、図５は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例の場合には、ジャケット８ｂの上部で、
容器２の底壁３及び周壁４を囲む部分に、不活性流体１
４の蒸気が存在する様にしている。この為に本実施例の
場合には、上記ジャケット８ｂの底部に貯溜部１６を形
成し、この貯溜部１６内にヒータ１５ａを設けている。
上記貯溜部１６に貯溜された液状の不活性流体１４は上
記ヒータ１５ａにより加熱蒸発されて、上記ジャケット
８ｂの上部空間に充満し、上記容器２の底壁３及び周壁
４を加温する。この結果、上記容器２内の液体１が加温
される。上記ヒータ１５ａの作動、停止は、上記ジャケ
ット８ｂ内の温度を検出する温度センサ１３とジャケッ
ト８ｂ内の圧力を検出する圧力センサ１７との検出値に
基づいて制御される。その他の構成及び作用は、上述し
た第一〜第二実施例と同様である。

【００２９】次に、図６は本発明の第四実施例を示して
いる。本実施例の場合には、容器２の底壁３と周壁４と
を囲むジャケット８ａと、液状の不活性流体１４を貯溜
した貯溜部１６ａとを独立させている。そして、上方に
設けたジャケット８ａ内の底部と下方に設けた上記貯溜
部１６ａの上部とを蒸気管１８により連通させ、この蒸
気管１８の途中に電磁開閉弁１９を設けている。上記貯
溜部１６ａに貯溜された液状の不活性流体１４は、ヒー
タ１５ａにより加熱蒸発されて、上記蒸気管１８を通じ
てジャケット８ａ内に送り込まれ、上記容器２内に貯溜
された液体１を加温する。

【００３０】本実施例の場合には、加温の必要がなくな
った場合に上記電磁開閉弁１９を閉じる事で、上記第三
実施例の場合に比べて、ジャケット８ａ内の温度低下を
迅速に行なわせる事ができる。その他の構成及び作用
は、上述の第三実施例と同様である。

【００３１】次に、図７は本発明の第五実施例を示して
いる。本実施例の場合には、ジャケット８ａ内の温度調
節を、このジャケット８ａ内の圧力を調節する事で行な
える様にしている。ジャケット８ａ内の温度を十分に上
昇させるべく、このジャケット８ａ内の圧力を上昇させ
る場合には、排液管２０の途中の開閉弁２１、真空ポン
プ２２に通じる開閉弁２３、給液管２４に通じる開閉弁
２５の何れも閉じてヒータ１５ａに通電する。この結
果、上記ジャケット８ａ内に不活性流体１４の蒸気が充
満して、このジャケット８ａ内の圧力が上昇し、この圧
力上昇に見合う分だけ、ジャケット８ａ内の温度を上昇
させる事が可能となる。

【００３２】又、ジャケット８ａ内の温度を所望温度に
調節する際には、上記開閉弁２３を開放すると共に真空
ポンプ２２を運転して、上記ジャケット８ａ内の圧力
を、上記所望温度が不活性流体１４の沸点温度となる圧
力にまで低下させる。そして、上記ヒータ１５ａにより
上記不活性流体１４を蒸発させる。真空ポンプ２２の運
転により不活性流体１４が減少した場合には、上記開閉
弁２５を開き、上記給液管２４を通じて新たな不活性流
体１４を補充する。又、上記真空ポンプ２２を通じて排
出された不活性流体１４の蒸気は、図示しない凝縮器に
送って凝縮回収し、再使用する。

【００３３】

【発明の効果】本発明の超音波処理を行なう容器中の液
体の温度調節方法と装置は、以上に述べた通り構成され
作用するが、清掃作業等を面倒にせずに優れたサニタリ
ー性を備えると同時に容器の有効容積を十分に確保する
事ができ、しかも液体を超音波振動させる効率及びこの
液体の温度制御する効率も優れている為、前述の〜
に示した様な、各種装置の性能並びに取り扱い性の向上
を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す略縦断面図。

【図２】超音波振動子の第１例を示す、図１のＡ部拡大
図。

【図３】同第２例を示す、図２と同様の図。

【図４】本発明の第二実施例を示す略縦断面図。

【図５】本発明の第三実施例を示す略縦断面図。

【図６】本発明の第四実施例を示す略縦断面図。

【図７】本発明の第五実施例を示す略縦断面図。

【図８】従来構造の第１例を示す略縦断面図。

【図９】同第２例を示す略縦断面図。

【図１０】同第３例を示す略縦断面図。

【図１１】同第４例を示す略縦断面図。

【図１２】同第５例を示す略縦断面図。

【符号の説明】

１ 液体 ２ 容器 ３ 底壁 ４ 周壁 ５ 蓋板 ６ 伝熱管 ７、７ａ 超音波振動子 ８、８ａ、８ｂ ジャケット ９、９ａ 循環パイプ １０、１０ａ 循環ポンプ １１、１１ａ 熱交換器 １２ 超音波発振回路 １３ 温度センサ １４ 不活性流体 １５、１５ａ ヒータ １６、１６ａ 貯溜部 １７ 圧力センサ １８ 蒸気管 １９ 電磁開閉弁 ２０ 排液管 ２１ 開閉弁 ２２ 真空ポンプ ２３ 開閉弁 ２４ 給液管 ２５ 開閉弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底壁と周壁とを有する有底筒状で底壁の
   下面に超音波振動子を装着した容器内に、超音波処理を
   行なうべき液体を貯溜し、この容器の少なくとも底壁と
   周壁とを囲んだジャケット内に不活性流体を封入してこ
   の不活性流体の温度を調節し、上記底壁及び周壁を介し
   て上記液体の温度調節を行なう、超音波処理を行なう容
   器中の液体の温度調節方法。
2. 【請求項２】 底壁と周壁とを有し、内部に超音波処理
   すべき液体を貯溜する有底筒状の容器と、この容器の底
   部下面に装着された超音波振動子と、この容器の周囲
   に、上記底壁と周壁とを囲む状態で設けられ、内部に不
   活性流体を封入したジャケットと、上記不活性流体の温
   度を調節する温度調節手段とを備えた、超音波処理を行
   なう容器中の液体の温度調節装置。