WO2006070839A1

WO2006070839A1 - 溶液の超音波分離方法とこの方法に使用される超音波分離装置

Info

Publication number: WO2006070839A1
Application number: PCT/JP2005/023978
Authority: WO
Inventors: Kazuo Matsuura; Toshiaki Miyamoto
Original assignee: Ultrasound Brewery
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2006-07-06
Also published as: JPWO2006070839A1; JP2008149316A; US20080000842A1; US7611636B2

Abstract

　溶液の超音波分離方法と装置は、複数の超音波振動子で溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して、溶液を分離する。この方法と装置は、上端に噴霧口１２を開口している筒体６内に溶液を充填し、この筒体６内の溶液に、噴霧口１２に向かって超音波振動を与えて、噴霧口１２からミストに霧化して飛散させる共に、噴霧口１２から飛散されるミストに搬送気体を供給し、搬送気体中でミストを霧化させる。

Description

溶液の超音波分離方法とこの方法に使用される超音波分離装置技術分野

[0001] 本発明は、 2種以上の物質を含む混合物から特定の物質の濃度の高い高濃度な溶液を分離し、あるいは溶液に含まれる目的物質を分離する方法と装置に関し、とくに、酒や酒原料等のアルコール溶液力更に高濃度のアルコールを分離する方法や装置、あるいはガソリンから目的物質を分離するのに最適な分離方法と装置に関する。

背景技術

[0002] 本発明者は、アルコール力高濃度なアルコールを分離する装置を開発した。（特許文献 1参照）

特許文献 1：特開 2001— 314724号公報

[0003] この分離装置は、アルコール溶液を閉鎖構造の超音波霧化室に充填し、この超音波霧化室のアルコール溶液を超音波振動子で超音波振動させてミストに霧化し、霧ィ匕されたミストを凝集させて回収して高濃度のアルコール溶液を分離する。この分離装置が高濃度のアルコールを分離できるのは、以下の動作による。

[0004] アルコールは水よりも溶液の表面に移行しやすぐ表面の溶液はアルコールの濃度が高くなつている。この状態で超音波振動させると、高濃度なアルコールが超音波振動のエネルギーで空気中にミストとなって微細な粒子で放出される。空気中に放出されたミストはアルコール濃度が高くなつている。アルコール濃度の高い表面の溶液がミストとなりやすいからである。したがって、ミストを凝集して回収すると、高濃度のアルコール溶液が分離される。この方法は、溶液を加熱しないで高濃度のアルコール溶液を分離できる。このため、少ないエネルギー消費で高濃度に目的物質を分離できる。また、加熱しないので目的物質を変質させることなく分離できる特長もある。発明の開示

[0005] この装置は、超音波振動させて効率よくミストとすることが大切である。また、単位時間にミストにする量を多くするために、図 1に示すように、多数の超音波振動子 102が使用される。この装置は、全ての超音波振動子 102が効率よく溶液をミストに霧化できない。それは、超音波振動が溶液をミストに霧化する効率が、気中のミスト濃度に関係するからである。気中のミスト濃度が高くなると、溶液力ストになる効率は著しく低下する。このため、図 1において、下流側の超音波振動子 102が溶液をミストにする量は、上流側の超音波振動子 102の数分の 1以下と著しく少なくなる。下流の気中には高濃度のミストが含まれるからである。このため、多数の超音波振動子を設けても、個数に相当する溶液量をミストに霧化できない欠点がある。この欠点は、多量の空気を供給して、気中のミスト濃度を低くすることで少なくできる。ただ、多量の空気を供給すると、多量の空気から霧化されたミストを凝集する必要があって、回収効率が低くなる。このため、空気量を少なくしながら、溶液を効率よくミストに霧化することが大切である。

[0006] 本発明の第 1の目的は、このことを実現すること、すなわち、搬送気体量を少なくしながら、複数の超音波振動子で効率よく溶液をミストに霧化する溶液の超音波分離方法と装置を提供することにある。

[0007] さらに、本発明の第 2の目的は、超音波振動子自体が効率よく溶液をミストに霧化する溶液の超音波分離方法と装置を提供することにある。

[0008] 上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

[0009] 本発明の溶液の超音波分離方法は、複数の超音波振動子で溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して、溶液を分離する。超音波分離方法は、上端に噴霧口 12を開口している筒体 6内に溶液を充填し、この筒体 6内の溶液に、噴霧口 12に向力つて超音波振動を与えて、噴霧口 12からミストに霧化して飛散させる共に、噴霧口 12から飛散されるミストに搬送気体を供給し、搬送気体中でミストを霧化させる。

[0010] 本発明の溶液の超音波分離方法は、筒体 6を円筒形とし、あるいは、噴霧口 12に向かって細くなる円錐ホーンを使用し、あるいはまた、ェクスポーネンシャルホーンを使用することができる。

[0011] さらに、本発明の溶液の超音波分離方法は、噴霧口 12の周囲に搬送気体を噴射することができる。噴霧口 12から噴射する搬送気体には、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性な搬送気体を使用することができる。

[0012] 本発明の溶液の超音波分離装置は、溶液を超音波振動させてミストに霧化する複数の超音波振動子 2と、超音波振動子 2に接続されて超音波振動子 2に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源 3と、超音波振動子 2で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部 5とを備え、超音波霧化室 4で霧化されたミストを回収部 5 で回収して溶液から分離する。超音波分離装置は、超音波振動子 2の上方に、上端に噴霧口 12を開口している筒体 6を配設しており、この筒体 6内に溶液を充填して、超音波振動子 2が噴霧口 12に向力つて溶液に超音波振動を与えて溶液を噴霧口 1 2からミストに霧化して放出する。さらに、筒体 6は、噴霧口 12から噴霧されるミストに搬送気体を供給する噴気口 14を開口して、この噴気口 14を搬送気体源に連結しており、搬送気体源カゝら供給される搬送気体を噴気口 14からミストに供給して、噴霧口 12から噴霧されるミストを搬送気体中に供給し、霧化されたミストを回収部 5で凝集して回収する。

[0013] 本発明の溶液の超音波分離装置は、筒体 6を円筒形とし、あるいは、噴霧口 12に向かって細くなる円錐ホーンとし、あるいはまた、ェクスポーネンシャルホーンとすることがでさる。

[0014] 本発明の溶液の超音波分離装置は、噴霧口 12の周囲に噴気口 14を開口することができる。さら〖こ、本発明の溶液の超音波分離装置は、搬送気体源が、噴気口 14〖こ、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性な搬送気体を供給することができる。

[0015] 本発明の溶液の超音波分離方法と超音波分離装置は、搬送気体量を少なくしながら、複数の超音波振動子で効率よく溶液をミストに霧化できる特長がある。それは、本発明が、上端に噴霧口を開口している筒体内に溶液を充填し、この筒体内の溶液に、噴霧口に向力つて超音波振動子で超音波振動を与えて、噴霧ロカもミストに霧化して飛散させる共に、噴霧口から飛散されるミストに搬送気体を供給し、搬送気体中でミストを霧化させるからである。本発明は、筒体内の上端の噴霧ロカも飛散されるミストに搬送気体を供給してミストを霧化させるので、筒体の噴霧口には、ミスト濃度の低い搬送気体を常に供給する状態として、効率よくしてミストに霧化できる。このため、複数の超音波振動子を使用するにも関わらず、下流側で搬送気体のミスト濃度が高くなつて、ミストに霧化する効率を低下させることなぐまた、多量の搬送気体を供給することなく溶液を効率よくミストに霧化できる。このように、空気量を少なくしながら、溶液を効率よくミストに霧化できる本発明の方法と装置は、霧化されたミストを凝集して回収する回収効率も向上できる。さらに、本発明は、筒体内に充填した溶液に超音波振動を与えて、上端の噴霧ロカミストに霧化するので、超音波振動子自体が効率よく溶液をミストに霧化できる特長もある。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体ィ匕するための方法と装置を例示するものであって、本発明は方法と装置を以下のものに特定しな、。

[0017] さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してな、。

[0018] 本発明の溶液の超音波分離装置は、少なくとも 2種の物質を含む溶液力高濃度の特定溶液を分離する。本発明は、溶液の溶媒と溶質を特定するものではないが、溶媒は、主として水であるが、水以外にもアルコール等の有機溶媒も使用できる。溶液は、例えば以下のものである。

(1) 清酒、ビール、ワイン、食酢、みりん、スピリッツ、焼酎、ブランデー、ウィスキー、リキユール

(2) ビネン、リナロール、リモネン、ポリフエノール類などの香料、芳香成分ないし香気成分を含む溶液

(3) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合した物質を含む溶液

(4) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をハロゲンによって置き換えた物質を含む溶液

(5) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を水酸基によって置き換えた物質を含む溶液

(6) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をァミノ基によって置き換えた物質を含む溶液

(7) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボニル基によって置き換えた物質を含む溶液

(8) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボキシル基によって置き換えた物質を含む溶液

(9) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を-トロ基によって置き換えた物質を含む溶液

(10) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をシァノ基によって置き換えた物質を含む溶液

(11) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チォエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をメルカプト基によって置き換えた物質を含む溶液

(12) 前述の (3)〜(11)の溶液に含まれる、ずれか一つ以上の原子を金属イオンによつて置換した物質を含む溶液

(13) 先述の (3)〜(11)の溶液に含まれる分子のうち任意の水素原子、炭素原子もしくは官能基を (3)〜(11)の分子のうち任意の分子で置き換えた物質を含む溶液

[0019] 2種以上の物質を含む溶液を超音波振動させて溶液からミストを分離し、分離したミストを凝集して回収すると、ミストから回収された溶液と、ミストにならないで残存する溶液とで、含有物質の濃度が異なる。たとえば、アルコール水溶液を超音波振動でミストに霧化し、霧化されたミストを回収すると、ミストにならないで残存するアルコールよりも高濃度なアルコールとなる。ミストを凝集して回収した溶液のアルコール濃度が高いのは、超音波振動によって、アルコールが水よりもミストに霧化されやすいからである。

[0020] ミストから回収された溶液と、ミストにならない溶液とで含有物質の濃度が異なるようになるひとつの理由は、溶液に含まれる物質が表面に移行して表面過剰となる割合が異なるからである。表面過剰となる物性の強い溶液は表面濃度が高くなるので、これを超音波振動させて表面の溶液をミストにして霧化させると、ミストは表面過剰となりやすい物質の濃度が高くなる。したがって、このミストを凝集して回収すると、表面過剰の物性が強い物質の濃度を高くできる。すなわち、溶液力も高濃度の物質を含むものを分離できる。

[0021] 以下、溶液をアルコールとして、アルコールから高濃度なアルコールを分離する方法と装置を示す。ただし、本発明は溶液をアルコールには特定しない。ミストに霧化して分離できる前述した溶液、あるいはその他の溶液の分離に使用できるからである。

[0022] 図 2ないし図 4に示す超音波分離装置は、溶液の一部を超音波振動でミストに霧化する超音波霧化機 1、 301、 401と、この超音波霧化機 1、 301、 401で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部 5、 305、 405とを備える。超音波霧化機 1、 301、 4 01は、溶液が供給される閉鎖構造の超音波霧化室 4、 304、 404と、この超音波霧化室 4、 304、 404の溶液を超音波振動させてミストに霧化する複数の超音波振動子 2、 302、 402と、各々の超音波振動子 2、 302、 402の上方に酉己設して!/、る筒体 6、 3 06、 406と、超音波振動子 2、 302、 402に接続している超音波電源 3、 303、 403を備える。

[0023] 図 2の超音波分離装置は、超音波霧化室 4と回収部 5とを別々に離して、循環ダクト 7で連結している。図 3の超音波分離装置は、回収部 305に超音波霧化室 304を内蔵させ、図 4の超音波分離装置は、回収部 405と超音波霧化室 404とでひとつの気密チャンバ一を構成して、回収部 405と超音波霧化室 404とを一体構造として、る。

[0024] これ等の超音波分離装置は、超音波霧化室 4、 304、 404で霧化された溶液のミストを、閉鎖構造の回収部 5、 305、 405に流人させる。回収部 5、 305、 405は、微細なミストを凝集させて高濃度のアルコール溶液として回収する。ミストは、気体ではないので、必ずしも冷却しないで凝集させて回収できる。ただ、ミストを冷却して速やかに回収できる。

[0025] 溶液はポンプ 10、 310、 410で超音波霧化室 4、 304、 404に供給される。超音波霧化室 4、 304、 404は、供給される全ての溶液をミストとして霧化させない。全ての溶液を霧化して回収部 5、 305、 405で回収すると、超音波霧化室 4、 304、 404に供給する溶液と、回収部 5、 305、 405で回収される溶液のアルコール等の目的物質の濃度が同じになるからである。超音波霧化室 4、 304、 404に供給された溶液は、ミストとして霧化して容量が少なくなるにしたがって、目的物質の濃度が低下する。このため、ミストに含まれる目的物質の濃度も次第に低下する。超音波霧化室 4、 304、 40 4の溶液は、目的物質濃度が低下すると新しいものに入れ換えられる。

[0026] 超音波霧化室 4、 304、 404は、たとえば、目的物質の濃度が 10〜50重量％である溶液を霧化して、目的物質の濃度が低下した後、溶液を新しいものに入れ換える。一定の時間経過すると溶液を新しいものに入れ換える方法、すなわちノツチ式に溶液を交換する。ただ、、超音波霧ィ匕室 4、 304、 404に、ポンプ 10、 310、 410を介して溶液を蓄えている原液槽 11、 311、 411を連結し、原液槽 11、 311、 411から連続的に溶液を供給することもできる。この装置は、超音波霧化室 4、 304、 404の溶液を排出しながら、原液槽 11、 311、 411から溶液を供給して、超音波霧化室 4、 304、 4 04の溶液のアルコール等の目的物質濃度が低下するのを防止する。また、図 2の矢印 Aで示すように、超音波霧化室 4の溶液を原液槽 11に循環することなく外部に排出して、原液槽 11に含まれる目的物質の濃度が低下するのを防止することもできる。

[0027] 超音波霧化室 4、 304、 404の溶液は、超音波霧化機 1、 301、 401でミストに霧化される。超音波霧化機 1、 301、 401で霧化されたミストは、溶液よりも目的物質の濃度が高い。したがって、超音波霧化機 1、 301、 401で溶液をミストに霧化し、ミストを凝集して回収することで、高濃度な溶液を効率よく分離できる。

[0028] 超音波霧ィ匕室 4、 304、 404には筒体 6、 306、 406を酉己設している。筒体 6、 306、 406は、各々の超音波振動子 2、 302、 402の上方に配設されて、超音波振動子 2、 302、 402で超音波振動される溶液力も効率よくミストを飛散させる。筒体 6、 306、 4 06は、上端に噴霧口 12、 312、 412を開口して!/、る筒状として!/、る。筒体 6、 306、 4 06ίま、内咅こ溶液を充填し、筒体 6、 306、 406内の溶液【こ、噴霧口 12、 312、 412 に向力つて超音波振動を与えて、噴霧口 12、 312、 412からミストに霧化して飛散する。図の超音波振動子 2、 302、 402は、上方に超音波を放射する。したがって、超音波振動子 2、 302、 402の上方に、垂直な姿勢で配設している。図の筒体 6、 306、 406は、上端に向力つて次第に細くなる円錐ホーンである。ただし、筒体は、内面の形状をェクスポーネンシャルカーブとするェクスポーネンシャルホーンとすることもできる。円錐ホーンやェクスポーネンシャルホーンの筒体 6、 306、 406は、内部に効率よく超音波振動を伝達させて、溶液を能率よくミストに霧化できる特徴がある。ただ、本発明は、筒体を、円筒形状、楕円筒状、多角筒状とするとすることもできる。

[0029] 筒体 6、 306、 406の下端開口部の内形は、超音波振動を効率よく内部に伝達できるように、超音波振動子 2、 302、 402の外形より小さぐあるいは大きくして、超音波振動される液柱 Ρが内面に沿って上昇するようにする。たとえば、筒体 6、 306、 406 の下端の開口部の内径は、超音波振動子 2、 302、 402の外径の 50〜150%、好ましくは 60〜100%とする。

[0030] さらに、筒体 6、 306、 406の高さと噴霧口 12、 312、 412の大きさは、筒体 6、 306 、 406の内咅にゝつて、 /、力、えると筒体 6、 306、 406の内面と液柱 Ρとの間に気層ができないように、超音波振動による液柱 Ρが筒体 6、 306、 406の内部に沿って上昇し、噴霧口 12、 312、 412の近傍でミストとなって飛散するように設計される。ただ、液柱 P力 S噴霧口 12、 312、 412力ら突出するように、ヽヽカえると筒体 6、 306、 406 を液柱 Pよりも低くすることもできる。したがって、筒体 6、 306、 406の高さと噴霧口 12 、 312、 412の大きさは、超音波振動子 2、 302、 402の大きさ、出力、周波数等によつて最適値に設計される。

[0031] 図の筒体 6、 306、 406は、下端を溶液の液面よりも下方に、噴霧口 12、 312、 412 を液面よりも上方に配設する。この筒体 6、 306、 406は、液面よりも下方の超音波振動を内部に案内し、液面力も上方にある噴霧口 12、 312、 412からミストとして飛散させる。

[0032] 図 5の筒体 6は、超音波振動子 2から上方に離して配設され、図 6と図 7の筒体 606 、 706は、底部に超音波振動子 602、 702を配設して、超音波振動子 602、 702で下端の開口部を液密に閉塞している。下端を超音波振動子 602、 702で閉塞する筒体 606、 706は、内部に溶液を供給する流入口 613、 713を開口している。

[0033] さらに、図 7の筒体 706は、複数の分岐筒 706A、 706Aに分岐している。各々の分岐筒 706A、 706Aは、上端を細くする円錐ホーンである。各々の分岐筒 706A、 70 6Aは、下端を開口して上端に噴霧口 712、 712を開口している。隣接する分岐筒 70 6A、 706Aの境界は、超音波振動の反射を少なくして効率よく分岐筒 706A、 706A の内部に伝導するように、下端に向かって次第に幅の狭くなるテーパー状として下端縁を先鋭な形状としている。各々の分岐筒 706A、 706Aは、溶液を供給するために流入口 713を開口している。この筒体 706は、流入口 713から溶液が供給される。供給された溶液は、超音波振動子 702から放射される超音波振動の超音波を、複数の分岐筒 706A、 706Aに分岐して案内する。各々の分岐筒 706A、 706Aの内部で溶液は超音波振動されて液柱となり、上部の噴霧口 712、 712からミストに霧化されて飛散される。

[0034] さらに、筒体 6、 606、 706は、噴霧口 12、 612、 712力ら霧ィ匕されるミス卜に搬送気体を供給する噴気口 14、 614、 714を開口して、この噴気口 14、 614、 714を気体供給源に連結している。気体供給源から供給される搬送気体は噴気口 14、 614、 71 4力もミストに供給され、噴霧口 12、 612、 712から噴霧されるミストは搬送気体中に霧化される。この状態で霧化されたミストを含む搬送気体が回収部 5、 605、 705で凝集させて溶液を回収する。

[0035] 図 5ないし図 7の筒体 6、 606、 706は、壁面を二重構造として平面の内部にダクト 1

5、 615、 715を設けている。ダクト 15、 615、 715は、筒体 6、 606、 706の上端に開口している噴気口 14、 614、 714に連結している。ダクト 15、 615、 715に供給される搬送気体は、噴気口 14、 614、 714力ら出される。噴気口 14、 614、 714は、筒体

6、 606、 706上端の周囲に、スリット状に開口されている。スリット状の噴気口 14、 61 4、 714は、搬送気体をリング状に排気する。リング状に排気される搬送気体の内側にミストが放出される。この構造の筒体 6、 606、 706は、ミストを新鮮な搬送気体の内側に噴霧する。このため、溶液を効率よくミストに霧化できる。ミストが溶液濃度の低い搬送気体中に霧化されるからである。

[0036] 図 5な!ヽし図 7の筒体 6、 606、 706ίま、連結ダクト 16、 616、 716【こ脱着できるように連結している。連結ダクト 16、 616、 716には、図示しないが、複数の筒体を連結している。図 5の筒体 6は、下端の外周に雄ネジ 17を設け、連結ダクト 16には筒体 6 の雄ネジ 17をねじ込む雌ネジ穴 18を設けている。筒体 6は、雄ネジ 17を雌ネジ穴 1 8の雌ネジにねじ込んで、連結ダクト 16に連結される。連結ダクト 16は、内部に搬送気体の供給ダクト 19を設けている。筒体 6は、連結ダクト 16に連結される状態で、ダタト 15の入口を連結ダクト 16の供給ダクト 19に連結して、連結ダクト 16の供給ダクト 1 9から筒体 6のダクト 15に搬送気体が供給される。図 5の筒体 6は、雄ネジ 17の上方と底面とに、リング溝を設けて、ここに Οリング 20、 21を入れている。 Οリング 20、 21は、筒体 6を連結ダクト 16に連結する状態で、雌ネジ穴 18の内面に密着して、連結ダクト 16と筒体 6との連結部の気体漏れを阻止する。すなわち、筒体 6を気密な状態で連結ダクト 16に連結する。

[0037] 図 6と図 7の筒体 606、 706は、下端に円柱状の連結咅 622、 722を設け、この連結咅 622、 722を挿入する連結穴 623、 723を連結ダクト 616、 716に設けている。連結穴 623、 723は、連結ダクト 616、 716を上下に貫通して設けている。連結部 62 2、 722と連結穴 623、 723との気体漏れを阻止するために、連結咅 622、 722の上部に設けたリング溝に Οリング 620、 720を入れて、連結穴 623、 723の下部に設けたリング溝【こ Οリング 621、 721を人れて!ヽる。 Οリング 620、 720、 621、 721ίま、連結部 622、 722と連結穴 623、 723の隙間を閉塞して、筒体 606、 706を連結ダクト 6 16、 716に気密に気体漏れしないように連結する。筒体 606、 706を連結ダクト 616 、 716に連結して、筒体 606、 706のダクト 615、 715の入口 ίま連結ダクト 616、 716 の供給ダクト 619、 719に連結され、連結ダクト 616、 716の供給ダクト 619、 719力ら筒体 616、 716のダクト 615、 715に搬送気体が供給される。

[0038] さらに、これ等の図に示す筒体 606、 706は、脱着連結具 624、 724を介して超音波振動子 602、 702を脱着できるように連結している。脱着連結具 624、 724は、上方を開口する装着室 625、 725を内部に設けている。この装着室 625、 725に超音波振動子 602、 702を固定している。図の脱着連結具 624、 724は、装着室 625、 7 25に超音波振動子 602、 702を駆動するための電源回路部品 626、 726も収納している。電源回路部品 626、 726は、リード線 627、 727を介して超音波振動子 602、 7 02に接続されて、超音波振動子 602、 702に電気信号の超音波出力を出力する。超音波振動子 602、 702は、装着室 625、 725の開口部を気密に閉塞する。したがつて、超音波振動子 602、 702は、その周囲を、ノッキン 628、 728を介して装着室 6 25、 725の開口部に密着している。超音波振動子 602、 702で水密に閉塞される装着室 625、 725【こ、電源回路咅 ^ロ¾626、 726を収糸内して!/ヽる。このため、電源回路咅品 626、 726を水密構造とする必要はない。図の脱着連結具 624、 724は、装着室 6 25、 725に超音波振動子 602、 702と電源回路咅品 626、 726を内蔵するので、超音波振動子 602、 702と電源回路部品 626、 726を簡単に交換できる特徴がある。ただ、脱着連結具は、装着室に超音波振動子のみを収納し、超音波振動子に接続しているリード線を脱着連結具の外側に引き出して、電源回路に接続する構造とすることもできる。この脱着連結具は、超音波振動子を必ずしも水密構造に固定する必要はない。

[0039] 脱着連結具 624、 724は、筒体 606、 706の下端に、下方に開口して設けて!/、る連結凹部 629、 729に脱着できるように連結される。脱着凹部 629、 729は、内面に雌ネジを設けている。脱着連結具 624、 724は、脱着凹部 629、 729に挿入できる外形として、脱着凹部 629、 729の雌ネジにねじ込む雄ネジを外周に設けている。雄ネジを雌ネジにねじ込んで、脱着連結具 624、 724は脱着凹部 629、 729に連結される。脱着凹部 629、 729は筒体 606、 706の内部に連通しているので、脱着連結具 624 、 724は筒体 606、 706に液密な構造で連結する必要がある。このため、脱着凹部 6 29、 729の内面と脱着連結具 624、 724の外周との間に Oリング 630、 730を挟着してヽる。 Oリング 630、 730は、 Oリング 630、 730と脱着連結具 624、 724との間を液密な状態で連結して、筒体 606、 706の下端の脱着凹部 629、 729を脱着連結具 6 24、 724で液密に閉塞する。

[0040] 以上の超音波霧化機 1、 301、 401、 601、 701は、超音波振動子 2、 302、 402、 6 02、 702を超音波振動させて、溶液をミストとして筒体 6、 306、 406、 606、 706の噴霧口 12、 312、 412、 612、 712力も飛散させる。溶液は、筒体 6、 306、 406、 606、 706の内部で超音波振動され、噴霧口 12、 312、 412、 612、 712からミストとして飛散される。図の超音波霧化機 1、 301、 401、 601、 701は、超音波振動子 2、 302、 4 02、 602、 702を上向き【こ酉己設して!/ヽる。超音波振動子 2、 302、 402、 602、 702ίま、底力ら筒体 6、 306、 406、 606、 706の内咅に向力つて上向さに超音波を放射して、溶液を超音波振動させ、溶液を筒体 6、 306、 406、 606、 706の内部で押し上げて、噴霧口 12、 312、 412、 612、 712からミストとして飛散させる。超音波振動子 2 、 302、 402、 602、 702は、垂直方向に超音波を放射する。

[0041] 図 2の超音波霧化機 1は、複数の超音波振動子 2と、これ等の超音波振動子 2を超音波振動させる超音波電源 3とを備える。超音波振動子 2は、筒体 6の下方に固定される。

[0042] 超音波霧化室 4で霧化された溶液のミストは、回収部 5に流入される。ミストを回収部 5に流入させるために、図 2の装置は、回収部 5を循環ダクト 7で超音波霧化室 4に連結しており、図 3の装置は、超音波霧化室 304を回収部 305に内蔵しており、図 4 の装置は、回収部 405の上部に超音波霧化室 404を配設している。図 3と図 4の装置は、回収部 305、 405の容積を、超音波霧化室 304、 404に比較して充分に大きく、たとえば、超音波霧化室 304、 404の容積の 2〜： L00倍、好ましくは 5〜50倍、さらに好ましくは 5〜20倍としている。図 4の装置は、超音波霧化室 404と回収部 405の上部を連通路であるダクト 408を介して連結して一体構造として、る。超音波霧化室 404で霧化したミストは、ゆつくりと降下して回収部 405に溶液として回収される。 [0043] さらに、図 2の装置は、筒体 6の噴霧口 12から飛散するミストを効率よく回収して循環ダクト 7に循環させるために、筒体 6の噴霧口 12の上方に、ミストの吸入部 9を設けている。図に示す吸入部 9は、円筒状のパイプで、筒体 6の上方に垂直の姿勢で配置している。筒状のパイプである吸入部 9は、下端を筒体 6の上部に配置して、上端を超音波霧化室 4の上方に延長している。図に示す吸入部 9は、筒体 6の上端縁に位置して、円筒状パイプの下端縁を配置している。ただ、吸入部は、下端部を筒体の上部にラップする状態で配置することも、あるいは、下端縁を筒体の上端縁から離して配置することもできる。さらに、吸入部 9の下端の開口部は、筒体 6の噴霧口 12よりも広い開口面積としており、筒体 6の上端力飛散されるミストを漏れなく回収できるようにしている。吸入部 9の上端は、超音波霧化室 4の上部で連結されており、この連結部を循環ダクト 7に連結して、吸入部 9で回収されたミストを循環ダクト 7に循環させるようにしている。ただ、吸入部は、必ずしも設ける必要はない。

[0044] 図 2の回収部 5は、ミストを冷却して凝集させる冷却用熱交 33を内蔵している。

冷却用熱交翻 33は、熱交換パイプ 34にフィン（図示せず)を固定している。熱交換パイプ 34に冷却用の冷媒ゃ冷却水を循環させて、熱交は冷却される。超音波霧化室 4で霧化されたミストは、一部が気化して気体となるが、気体は回収部 5 の熱交^^ 33で冷却され、結露して凝集されて回収される。回収部 5に流入されるミストは、熱交^^ 33に衝突し、あるいは互いに衝突して大きく凝集し、または熱交換器 33のフィン等に衝突して大きく凝集して溶液として回収される。ミストと気体を熱交換器 33で凝集して回収した空気は、循環ダクト 7を介して再び超音波霧化室 4に循環される。

[0045] さらに、回収部は、図示しないが、搬送気体に含まれる目的物質であるアルコール等の蒸気を吸着剤に吸着させて回収することもできる。この回収部は、たとえば、カロ熱された回収気体で吸着剤に吸着されたアルコールを排出し、回収気体を冷却して排出されたアルコールを結露させて回収することができる。この回収部は、たとえば、空隙に吸着剤を設けているローターと、このローターを回転させる回転駆動機構とで構成することができる。ローターは、回転軸の方向に搬送気体を通過できる空隙を有するハ-カムローターである。吸着剤には、たとえば、ゼォライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物が使用できる。この回収部は、回転駆動機構でローターを所定の速度で回転させて、蒸気を吸着させる吸着領域と、吸着した蒸気を排出する再生領域とに移動させる。ローターが吸着領域に移動されると、目的物質であるアルコールの蒸気を含む搬送気体が空隙に通過されて、搬送気体に含まれる目的物質のアルコールが吸着剤に吸着される。ローターが回転して再生領域に移動されると、吸着した目的物質のアルコールを排出する。排出された目的物質のアルコールは、回収気体を冷却して回収される。ローターの吸着領域を通過した搬送気体は、再び超音波霧化室に移動される。

[0046] 図 3と図 4の回収部 305、 405は閉鎖チャンバ一であって、ここに供給されるミストは外部に排出されない。したがって、回収部 305、 405に供給されたミストは、互いに衝突して大きく凝集し、あるいは、邪魔板等に衝突して大きく凝集して溶液として回収される。回収咅 305、 405にお!/ヽて、ミストをより速や力に回収するために、図 3と図 4の回収部 305、 405は、溶液を散水するノズル 336、 436を備える。ノズル 336、 436は、循環ポンプ 335、 435を介して回収部 305、 405の底部に連結される。循環ポンプ 335、 435ίま、回収咅 305、 405に回収された溶液を吸人して、ノス、ノレ 336、 436力ら噴霧させる。

[0047] 図の超音波分離装置は、回収部 305、 405の上部と側面〖こノズル 336、 436を配設している。上部のノズル 336、 436は、下向きに溶液を噴霧する。側面のノズル 33 6、 436は、水平方向に溶液を噴霧する。ノズル 336、 436から噴霧される溶液は、超音波霧化機 301、 401で霧化されたミストに比較して充分に大きな水滴であって、回収部 305、 405の内部を速やかに落下し、落下するときに、回収部 305、 405の内部に浮遊しているミストに衝突して、ミストを回収しながら落下する。したがって、回収部 305、 405に浮遊するミストを効率よく速やかに回収できる。

[0048] 図の超音波分離装置は、ノズル 336、 436を上と側面とに配設している力回収部 305、 405の下部にノズルを配設することもできる。下部のノズルは、上向きに溶液を噴霧する。このノズルは、回収部の天井に溶液を衝突させる速度で、あるいは、天井の近傍まで上昇する速度で溶液を噴霧する。天井の近傍まで上昇するように噴霧される溶液は、天井の近傍で下向きに方向を変えて落下するので、上昇するときと降下するときにミストに接触して、ミストを効率よく回収する。

[0049] さらに、図 8の回収部 805は、内部に複数枚の邪魔板 837を配設している。邪魔板 837は、隣接するものとの間にミストを通過できる隙間を設けて、垂直の姿勢で配設している。垂直の邪魔板 837は、ミストを表面に衝突させて付着する溶液を自然に流下させて回収できる。図の邪魔板 837は、表面を凹凸面として、ミストをより効率よく接触させて回収できるようにして!/、る。

[0050] さらに、図 8の回収部 805は、ミストを強制送風して撹拌するファン 838を設けている。ファン 838は、回収部 805のミストを撹拌する。撹拌されるミストは、互いに衝突して凝集し、あるいは、邪魔板 837の表面に衝突して凝集する。凝集するミストは、速やかに落下して回収される。図のファン 838は、回収部 805のミストを下向きに送風して循環させる。なお、この図において、 801は超音波霧化機を、 802は超音波振動子を、 803は超音波電源を、 804は超音波霧化室を、 806は筒体をそれぞれ示している。

[0051] 図 9の超音波分離装置は、ミストを振動して互いに衝突する確率を高くするミスト振動器 939を回収部 905に設けている。ミスト振動器 939は、回収部 905の気体を振動させる電気振動機械振動変換器と、この電気振動機械振動変換器を駆動する振動電源とを備える。電気振動機械振動変換器は、可聴周波数の音を放射するスピーカーや、可聴周波数よりも高い超音波を放射する超音波振動子等である。電気振動機械振動変換器が、ミストを効率よく振動させるために、電気振動機械振動変力も放射される振動を回収部 905で共振させる。このことを実現するために、電気振動機械振動変換器は、回収部 905で共振する周波数で振動させる。いいかえると、回収部 905を電気振動機械振動変換器から放射される振動に共振する形状に設計する。なお、この図において、 901は超音波霧化機を、 902は超音波振動子を、 903は超音波電源を、 904は超音波霧化室を、 906は筒体をそれぞれ示している。

[0052] 超音波は人間の可聴周波数を越える高い周波数であるので、耳には聞こえない。

このため、超音波を放射するミスト振動器 939は、回収部 905の気体を激しく振動させて、いいかえると、電気振動—機械振動変の出力を極めて大きくして、人間に音の害を与えることがない。このため、超音波はミストを激しく振動して、効率よく衝突させて、速やかに回収できる特長がある。

[0053] 以上の超音波分離装置は、回収部 5、 305、 405、 805、 905に、ミストを効率よく凝集させる装置を配設するので、ミストをより速やかに凝集させて高濃度の溶液とすることができる。さらに、図示しないが、本発明の超音波分離装置は、回収部に、溶液を噴霧するノズルと、ミストを撹拌するファンと、ミストを振動させる振動器の全てを内蔵させて、最も効率よくミストを凝集できる。また、ミストを凝集させるふたつの装置を内蔵して、ミストを効率よく凝集させることもできる。

[0054] 超音波霧ィ匕室 4、 304、 404、 804、 904と回収咅 5、 305、 405、 805、 905は、好ましくは不活性ガスを充填する。この装置は、不活性ガスによって、超音波霧化室 4、 304、 404、 804、 904や回収咅 5、 305、 405、 805、 905における溶液の変質力 S防止される。このため、より高品質な状態で高濃度の溶液を得ることができる。

産業上の利用可能性

[0055] 本発明の溶液の超音波分離方法と装置は、低濃度のアルコールから高濃度のァルコールを分離するように、 2種以上の物質を含む混合物から特定の物質の濃度の高い高濃度な溶液を分離し、あるいは溶液に含まれる目的物質を分離するのに利用できる。

図面の簡単な説明

[0056] [図 1]従来の超音波分離装置が多数の超音波振動子で溶液をミストに霧化する状態を示す概略断面図である。

[図 2]本発明の一実施例にカゝかるの溶液の超音波分離装置を示す概略構成図である。

[図 3]本発明の他の実施例にカゝかるの溶液の超音波分離装置を示す概略構成図である。

[図 4]本発明の他の実施例にカゝかるの溶液の超音波分離装置を示す概略構成図である。

[図 5]図 2に示す超音波分離装置の筒体を示す断面正面図である。

[図 6]筒体の他の一例を示す断面正面図である。圆 7]筒体の他の一例を示す断面正面図である。

[図 8]本発明の他の実施例にカゝかるの溶液の超音波分離装置を示す概略構成図である。

[図 9]本発明の他の実施例に力かるの溶液の超音波分離装置を示す概略構成図である。

符号の説明

1、 301、 401、 601、 701、 801、 901···超音波霧ィ匕機

2、 302、 402、 602、 702、 802、 902···超音波振動子

3、 303、 403、 803、 903·-

4、 304、 404、 804、 904·· -超音波霧化室

5、 305、 405、 805、 905·· -回収部

6、 306、 406、 606、 706、 806、 906···筒体 706A…分岐筒 7…循環ダクト

408···ダク卜

9…吸入部

10、 310、 410···ポンプ

11、 311、 411···原液槽

12、 312、 412、 612、 712··

613、 713···流入口

14、 614、 714···噴気 P

15、 615、 715···ダク卜

16、 616、 716···連結ダク卜

17···雄ネジ

18…雌ネジ穴

19、 619、 719···供給ダク卜

20、 620、 720···Οリング

21、 621、 721···0リング

622, 722···連結部 623、 723·· -連結穴

624、 724·· -脱着連結具

625、 725·· *衣

626, 726·· -電源回路部

627、 727·· 'リード線

628、 728·· -パッキン

629、 729·· -連結凹部

630、 730·· •Οリング

33···冷却用熱交換器

34···熱交換パイプ

335、 435·· '循環ポンプ

336、 436·· -ノズル

837· "邪魔板

838· ··ファン

939· ··ミスト振動器

Ρ··' '液柱

Claims

請求の範囲

[1] 超音波振動子 (2)で溶液を超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して、溶液を分離する溶液の超音波分離方法にお!、て、

上端に噴霧口 (12)を開口して、る筒体 (6)内に溶液を供給し、溶液を超音波振動させて、筒体 (6)の噴霧口 (12)力排出してミストに霧化して飛散させる共に、ミストに搬送気体を供給して、搬送気体中でミストに霧化させる溶液の超音波分離方法。

[2] 筒体 (6)が円筒形である請求項 1に記載される溶液の超音波分離方法。

[3] 筒体 (6)に噴霧口 (12)に向かって細くなる円錐ホーンを使用する請求項 1に記載される溶液の超音波分離方法。

[4] 筒体 (6)にェクスポーネンシャルホーンを使用する請求項 1に記載される溶液の超音波分離方法。

[5] 噴霧口 (12)の周囲に搬送気体を噴射する請求項 1に記載される溶液の超音波分離方法。

[6] 噴霧口 (12)から噴射する搬送気体に、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性な搬送気体を使用する請求項 5に記載される溶液の超音波分離方法。

[7] 溶液を超音波振動させてミストに霧化する複数の超音波振動子 (2)と、超音波振動子 (2)に接続されて超音波振動子 (2)に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源 (3)と、超音波振動子 (2)で霧化されたミストを凝集させて回収する回収部 (5)とを備え、超音波霧化室 (4)で霧化されたミストを回収部 (5)で回収して溶液力分離する装置であって、

超音波振動子 (2)の上方に、上端に噴霧口 (12)を開口して、る筒体 (6)を配設しており、この筒体 (6)内に溶液を供給して、超音波振動子 (2)が溶液を超音波振動させて溶液を噴霧口 (12)力排出してミストに霧化して放出するようにしており、

さらに、筒体 (6)は、霧化されるミストに搬送気体を供給する噴気口 (14)を開口して、この噴気口 (14)を搬送気体源に連結しており、搬送気体源から供給される搬送気体をミストに供給して、ミストを搬送気体中に霧化し、霧化されたミストを回収部 (5)で凝集して回収するようにしてなる溶液の超音波分離装置。

[8] 筒体 (6)が円筒形である請求項 7に記載される溶液の超音波分離装置。

[9] 筒体 (6)が、噴霧口 (12)に向力つて細くなる円錐ホーンである請求項 7に記載される溶液の超音波分離装置。

[10] 筒体 (6)が、ェクスポーネンシャルホーンである請求項 7に記載される溶液の超音波分離装置。

[11] 噴霧口 (12)の周囲に噴気口 (14)を開口している請求項 7に記載される溶液の超音波分離装置。

[12] 搬送気体源が、噴気口 (14)に、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性な搬送気体を供給する請求項 7に記載される溶液の超音波分離装置。