JP2002509803A - 水中での分子分極装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体が分極装置を通過して場にさらされることを特徴とする、汚染物質を含む流体の処理、特に、水処理のための装置及びその方法を提供する。様々な実施の形態が可能であり、前記場は磁場あるいは静電場のどちらかであって、前記装置は逆浸透装置やボイラ装置等に装置に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、流体の処理に関し、より詳しくは、汚染物質を含む流体、特に、水
処理のための装置及びその方法に関する。発明の背景 場を用いた流体、とりわけ水の処理は、当業界で周知である。水処理は、通常
、水を使用する装置のスケーリングや腐食に関連するいくつかの問題を解消する
ために行われる。特に、ボイラ等において、高温水を使用すると常に重大な問題
を引き起こしてきたので、スケーリングや腐食の問題を解消するために、薬品を
使用する等、水処理の業界では多くの提案がなされてきた。

【０００２】 静電場もしくは磁場を用いてボイラ水を処理することは当業界で周知であり、
そのための装置は市販されている。 スケーリングの問題は、浮遊固形物質が結合して熱交換装置に溜まる場合に発
生する。問題の程度は、水のｐＨ、回路の運転状況、水源等によって変わる。

【０００３】 前述したように、浮遊状態の粒子が帯電されて、必要に応じて、吸着/反発さ れるように水を処理するために、高電位の静電場を用いることが当業界で提案さ
れてきた。同じ原理が、塗料吹き付けや写真複写機等の他の工業プロセスで用い
られている。

【０００４】 水処理に磁場を用いることも、当業界で提案されてきたけれども、そのような
装置は工業界では広く受け入れられていない。多くの工業プラントでは、薬品に
よる水処理の方が普通である。

【０００５】 問題のある具体的な分野としては、逆浸透の原理により、薄膜を用いた汚染物
質の分離を行うものがある。水を浄化するために、多くのこのような装置が商業
的に用いられている。しかしながら、このような装置で発生する問題の一つに、
汚染物質による目詰まり及び/又は物理的損傷によって、薄膜が比較的短命であ るということがあげられる。発明の要旨 本発明の目的は、薄膜の寿命が長い、改良された逆浸透装置を提供することに
ある。

【０００６】 本発明の更なる目的は、水処理用の新規な静電装置を提供することにある。 本発明の更なる目的は、流体処理用の磁気装置を提供することにある。 本発明の更なる目的は、流体処理に場を用いる改良された方法および装置にお
ける改良を提供することにある。

【０００７】 本発明の一面において、外部細長導管と、内部同軸導管と、前記外部細長導管
と前記内部同軸導管との中間に形成される流体通路と、前記通路内に場を形成す
る手段と、前記流体通路に取り付けられるバッフル手段とを備える分極装置を提
供する。

【０００８】 本発明の他の面において、外部細長導管と内部同軸導管と前記外部細長導管と
前記内部同軸導管との間の流体通路とを有する装置を設ける工程と、前記外部細
長導管と前記内部同軸導管とに直流電圧を印加して、前記流体通路内に静電場を
形成する工程と、前記外部細長導管から前記内部同軸導管に延びて前記内部同軸
導管と電気導通する電極針を設ける工程と、処理される流体を前記流体通路に通
す工程とからなる流体処理方法を提供する。

【０００９】 本発明の他の面において、流体が薄膜上を通過する逆浸透装置の前記薄膜の寿
命を延ばす方法を提供し、この方法は、前記流体を場に通して前記流体中の粒子
状物質に陽電荷を与える工程からなる。

【００１０】 スケーリング及び腐食が問題となる様々なタイプの閉じた（または部分的に閉
じた）ループ系が知られている。例えば、高温水又は蒸気ボイラ、冷却水塔、ヒ
ートポンプ、冷凍装置、蒸留器等の暖房及び空気調和装置があげられる。分極装
置を使用すると、流体内の汚染物質に影響を及ぼす。本発明によれば、装置に悪
影響を及ぼす汚染物質粒子の作用を変える方法で、これら汚染物質粒子を分極す
ることが可能である。後に詳しく述べる理由から、特に、これら汚染物質粒子は
イオンの形で維持される。

【００１１】 上記閉ループ系として、従来のものを使用すればよく、高温水又は蒸気の場合
には、通常、ボイラ、流体を循環させるための関連導管、ポンプ、及びバルブ等
の他の従来部品が使用される。本発明によれば、汚染物質の堆積を防止する分極
装置が提供される。

【００１２】 逆浸透のように、薄膜を使用する浄化装置では、ポリマー膜の表面を通過する
流体（以下、「水」と称する）は、水の電子の移動によって、ポリマー膜の表面
が正に帯電される状態を形成する。よって、水は負に帯電されて伝導体となる。
炭酸カルシウム等の中性粒子は、負の電荷の誘導によって不安定になる傾向があ
るので、通常、前記膜の表面及び/又は他の正に帯電された表面に引き付けられ る。この状態において、通常、炭酸カルシウムは微小な針の形をしており、これ
が前記膜の表面に悪影響を及ぼす。時間が経過するにつれて、前記膜は目詰まり
を起こして、その表面に損傷が発生する。

【００１３】 分極装置を使用する一実施の形態の装置は、水に正の電荷を与える。例えば、
普通、中性である炭酸カルシウムの粒子は、その電気化学的結合を再編成してい
る。炭酸カルシウムの微小な鋭い針は、正の電荷を運ぶ微小な多孔性球に集まる
傾向がある。これらの微小な多孔性球は、膜の表面に達すると、負のイオンを吸
着して中和する。その後、石灰石と膜表面との間で自然イオン反発が起こる。同
様なプロセスが、生物的汚染物質等の他の汚染物質についても行われる。

【００１４】 磁気反応装置は、磁石のコストが実質的であるので、比較的少量の水を処理す
るのに最も適している。このような装置は、毎分８０リットル程度までの量を処
理する場合にのみ使用するのが好ましい。

【００１５】 外部導管は、例えばステンレス鋼またはプラスチック等のような、腐食、圧力
及び求められる温度に耐えられる適当な材料で形成すればよい。 前記装置の磁気部分は、好ましくは、最小の厚さを有するステンレス鋼で形成
された内部導管内に適宜に収容してもよい。前記磁石は、AlNiCo タイプのもの が好ましい。前記内部導管が、前記外部導管の全径の約半分の径を有するように
構成される。いろいろなサイズの組み合わせでもよいが、通常、磁石の径は約２
〜３ｃｍ、長さ約２〜３ｃｍでよい。これらの磁石は、同じ極が互いに向き合っ
て、互いに反発力を有するように配置される。

【００１６】 上述したように、バッフル手段が設けられており、これらの間を通過している
流体に渦巻き運動を与えるように設計されている。磁石の１1/2倍の長さで水が ３６０度通過するようにバッフルを設置するのが好ましい。水が通路を通過する
時に、場に電磁力が発生する。この電磁力が次々に汚染物質の粒子を帯電する。
例えば、この汚染物質の一例である炭酸カルシウムは、正の電荷を運ぶ微小な多
孔性球を形成する傾向がある。

【００１７】 静電場の形態において、静電場を形成することに加えて、局部的なエネルギー
含量を与えるために、通路に突出する電極を組み合わせた装置を備えている。 静電式発生装置は、−１２ｋＶ ＤＣから−５０ｋＶ ＤＣで、２５０ｍＶから
１０ｍＡの範囲で運転すればよい。同じことが、状況によって必要であれば、正
電圧を用いることも可能である。

【００１８】 本発明によれば、逆浸透装置や閉ループボイラ装置のような様々な水処理装置
にいろいろなタイプの分極装置を使用することができる。 本明細書では、最も一般的に処理される流体として、水を例にとって説明を行
ってきた。なお、他の流体も同様に処理してもよい。そのような流体としては、
液体や蒸気等があげられる。

【００１９】 また、本発明の分極装置は単独でもまた、必要に応じて、組み合わせでも使用
することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】好適な実施例の説明 図１は、全体を符号１００で表した閉ループボイラー装置を示す。閉ループボ
イラー装置１００は、水を循環する導管１０４に沿ったボイラ１０２を含む。循
環ポンプ１０６は、従来のようにバルブ１０５を備えた導管１０４を介して、水
を汲み上げる。矢印１０８で示すように、水は最終用途用の導管を介して汲み上
げられ、そして、矢印１１０で示すように返される。

【００２１】 イオン分極装置１１２は定位置に配置されており、導入管１１４と導出管１６
を含む。 イオン分極装置１１２は、図１に示すように、導入管１１４の配置された高温
電磁弁１１８を含む。自動回路１２０は、高温電磁弁１１８に作動的に結合され
ており、高温電磁弁１１８は、後に詳細に述べる装置の逆流洗浄の間、閉じられ
る。

【００２２】 圧力計１２２は、フィルタ１２４への入口前の導管に配置される。フィルタ１
２４は、好ましくは洗浄可能なタイプのものであって、沈降凝集物を除去するの
に使用される。好ましくは、フィルタ１２４は１ミクロンまで濾過する。

【００２３】 第２圧力計１２６は、フィルタ１２４からの出口に配置される。フィルタ１２
４の底部には、モータ球弁１２８が付けられおり、逆流洗浄の後に、汚水排出管
１３０への排出を可能にする。

【００２４】 分極装置１３２は定位置に配置されているが、これは後に詳細に述べる。分極
装置１３２は作動的に自動回路１２０に連結されており、短絡やそれに関連する
問題を報知する視覚表示装置１３４を備えている。

【００２５】 分極装置１３２の後方には、定位置に取り付けられたポンプ１３８を突然の圧
力降下から防止する倒立圧力スイッチ１３４が設置されている。ポンプ１３８は
、水の一部をボイラ回路から抜いて処理するために用いられる。ボイラ圧力や、
分極装置によって形成される自然絞りに応じて、前記ポンプを調節すればよい。

【００２６】 ポンプ１３８の後方には、さらに電磁弁１４２が設けられており、その後、導
出管１１６を水が通過する。 前記装置は、ソレノイド１４６に付けられる水道１４４を含んでもよく、また
、前記装置は、洗浄フィルタ１２４を周期的に後退させるために、自動回路１２
０に作動的に連結されている。

【００２７】 図２に戻って、逆浸透装置が示されている。この装置において、弁１６０は取
水路１６１に取り付けられている。第１圧力計１６２は取水路１６１に取り付け
られており、その後、フィルタ１６４、１６６を介して、水は順次通過する。

【００２８】 フィルタ１６４は、マトリックスの上にポリプロピレンの微小繊維で形成され
たタイプのものが好ましい。これらフィルタは非常に優れた濾過特性を呈し、濾
過される粒子のサイズを非常に正確に制御するように作られる。フィルタ１６６
は、多くの汚染物質を除去する活性カーボンフィルタであるのが好ましく、それ
によって、逆浸透膜がこれら有害物質の中の特に塩素等と接触しないように防止
する。

【００２９】 カーボンフィルタ１６６の出口には、圧力計１６８が付けられており、これは
圧力計１６２との組み合わせで、圧力降下や起こりうるフィルタ１６４，１６６
の目詰まりを表示する。バランス・バルブ１７０は排出路に付けられており、水
は導管１７２を通って分極装置１７４に供給される。分極装置１７４を通過した
後、水は逆浸透装置１７６に搬送される。

【００３０】 分極装置１７４は、以下に述べるように、石灰石分子等の汚染物質を分極して
、各分子または各粒子の自然イオン反発を形成して、これら汚染物質が膜に損傷
を起こすのを防止する。

【００３１】 逆浸透装置１７６は、好ましくは、全溶解溶媒の９６％以上を除去できるタイ
プの膜を含むものである。好ましくは、バクテリア、病原体及び寄生虫によって
腐食されないＴＦＣタイプのものがよい。

【００３２】 逆浸透装置１７６の後方には、廃水放流管１７８と純水放流導管１８０とが配
置されている。廃水導管１７８の上には、逆浸透装置１７６の浸透圧を適切に維
持する絞り１８２が搭載されている。

【００３３】 純水導管１８０は、（必要なら）水を軟化するための最終カーボンフィルタに
水を搬送する前に、バランス・バルブ１７０に通じる。その後、フィルタ１８６
によって、さらなる濾過が行われる。このフィルタは、バクテリア、糸状菌やウ
イルス等の生物学的汚染物質を含有しない水を保証するポリエーテルスルホンの
親水性膜を用いてもよい。

【００３４】 前記装置は、排出導管１９０に至るまでに、当業界で周知の圧力タンク１８８
を有する。 図３及び図４に示すように、水処理装置との連結用のフランジ２６を両端に有
する外部細長導管２２を含む分極装置を供する。

【００３５】 外部細長導管２２の内側には、全体を符号２４で示す内部同軸導管が搭載され
ている。外部導管２２と内部同軸導管２４との間には、流体通路３６が配置され
ている。

【００３６】 内部導管２４の内部には複数の磁石が配置されている。磁石のサイズは、外部
導管２２の全径の約５０％であるのが好ましい。磁石２２はＡｌＮｉＣｏタイプ
のものが好ましい。なお、磁石２２の間にはセパレータ３０が介在し、磁石は同
じ極が互いに隣接するように配置されている。

【００３７】 図３に示すように、磁束線３２は流体通路３６内に形成される。バッフル３４
からなるバッフル手段は、渦巻き状の形態で内部導管２４の外側表面に搭載され
、これによって、流体通路３６を介して流体の流量を制限する。もちろん、バッ
フル３４は、外部導管２２の内壁に搭載することもできるし、あるいは、別個の
構成部品を構成することもできる。

【００３８】 好ましい実施の形態では、それぞれのバッフルを他のバッフルから各磁石４８
の長さの約１1/2倍離れるようにバッフル３４を配置する。 上記の配置は、通路３６を流れる流体（水）が磁場に対して関係運動の状態に
なるようにしてある。この場合、中央エネルギー体は、移動しない磁石と多重極
である。前記流体は、好ましくは水であって、場から場に移動するので電磁気力
を形成する。なお、前記好ましい実施の形態では、Ｎ極を出口に配置して流体に
正電荷を誘導するように磁石を配置してある。

【００３９】 分極装置の他の実施の形態を図５から図８に示して、以下、これについて述べ
る。 この実施の形態において、高圧電源４０と、必要であれば、高圧電源４０に接
続された低圧電源４２とを備えている。特に、高圧電源４０は−５０ＫＶから＋
５０ＫＶｄｃの範囲で電力を供給できるとよい。従って、電源は、必要に応じて
、正のイオンまたは負のイオンを発生するように使用される。

【００４０】 電線４４は、電源４０を、全体を符号４６で示す分極装置に作動的に接続する
。 分極装置４６は外部細長導管４８と内部同軸導管５０とを有する。接続を行う
ために、全体を符号５２で示す引抜き形接続部材が配置されており、引抜き形接
続部材５２は、必要に応じて、外部細長導管４８の内部へ手が届くようにする。

【００４１】 外側引抜き形接続部材５２は、外部細長導管４８への連結のためのフランジ５
４を含んでおり、エンドキャップ５６が付けられている。全体を符号５８で示す
コネクタは、第１雄ネジ付き部６０と、その中間にナット部６４を配した第２雄
ネジ付き部６２とを含む。適切に封止するために、第１雄ネジ付き部６０で螺合
され、ナット９８で定位置に保持されたスリーブ６６が設けられている。また、
雄ネジ付き部６２は、エンドキャップ５６のネジ付き部に係合可能である。フラ
ンジ７２と、フランジ７２、５４を係合するボルト７４とによって、細長導管４
８は引抜き形接続部材５２に接続している。

【００４２】 内部同軸導管５０は、例えば、銅等の材料の中実金属棒からなる金属電極７６
で形成される。周囲電極７６は、ＰＴＦＥ等の適当な材料で形成できる外部誘電
ライニング７８である。内部導管５０の末端には、導管支持部材８０が設けられ
ている。

【００４３】 通路８８内には、渦巻き形態を有するバッフル８２が配置されている。バッフ
ル８２は、反応装置への流体の流れを減速させる。バッフルと内部導管との間の
間隙は小さい方が好ましく、つまり、４０〜８０ｍｍ程度、より好ましくは、５
０〜７０ｍｍである。

【００４４】 支持具８６は、外部導管４８内に配置され、内部導管５０の方に延びる。支持
具８６の端部には電極放電針８４が付けられている。針８４は、内部導管５０か
ら３０〜５０ｍｍ離れているのが好ましい。針８４は、周知のコロナ効果と同様
の強い放電を行う。

【００４５】 図９は、バッフル８２に取って代わるバッフル２００の好ましい実施の形態を
示す。この構成では、長手方向に延びる接続部材２０４に接続された渦巻き支持
部２０２が設けられている。なお、渦巻き部２０２は、内側にテーパ付けされた
側壁２０６、２０８を有して、縁２１０で成端するように構成される。縁２１０
は、前述したように、誘電ライニングから、４０〜８０ｍｍ、より好ましくは、
５０〜７０ｍｍ離れている。

【００４６】 前述の実施の形態のように、壁を作るように周囲に広がって、通路８８を介し
て、流体の流れを減速させる支持具８６が設けられているのが好ましい。支持具
８６には電極針８４が付けられている。

【図面の簡単な説明】

以上、本発明を全体的に述べてきたが、次に、好ましい実施の形態を示す添付
図面の説明をする。

【図１】 図１は、閉ループボイラ装置とその関係する分極装置を示す概略図である。

【図２】 図２は、分極装置を含む逆浸透装置を概略的に示す。

【図３】 図３は、第１分極装置の一部分を示す断面図である。

【図４】 図４は、図３の装置の内部導管とその関係するバッフルを示す側面図である。

【図５】 図５は、分極装置の他の形態を示す側立面図である。

【図６】 図６は、図５の分極装置の一部分を、一部を断面で示す側立面図である。

【図７】 図７は、図５の分極装置を、一部を切り開いて示す側立面図である。

【図７Ａ】 図７Ａは、図７の断面図である。

【図８】 図８は、図５の分極装置の内部導管部の側部断面図である。

【図９】 図９は、図５から図８の分極装置に組み入れられるバッフル手段の好ましい形
態を示す側立面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部細長導管（２２、４８）と、 内部同軸導管（２４、５０）と、 前記外部細長導管（２２、４８）と前記内部同軸導管（２４、５０）との中間
   に形成される流体通路（３６、８８）と、 前記通路内に場を形成する手段（２８、７６、７８、４０）と、 前記流体通路に取り付けられるバッフル手段（３４、８２）とを備えた分極装
   置。
2. 【請求項２】 前記通路内に場を形成する前記手段は、前記内部導管（２２）内に配置された
   複数の磁石（２８）を備えており、前記磁石は、それぞれ隣接する磁石が同じ極
   を互いに隣接するように配置されている、請求項１の装置。
3. 【請求項３】 前記バッフル手段（３４）は、前記流体通路（３６）内に配置され、前記流体
   通路の第１端部に導入された流体を前記流体通路内で渦巻き形態に循環させる、
   請求項２の装置。
4. 【請求項４】 隣接する磁石の間に配置されたセパレータ（３０）を更に含む請求項２の装置
   。
5. 【請求項５】 前記バッフル手段（３４）は、前記流体通路（３６）間を通過する流体が磁石
   の１1/2倍の距離で３６０度循環するように構成されている請求項３の装置。
6. 【請求項６】 前記内部導管（２４）は、前記外部細長導管（２２）の径の約５０％の径を有
   する請求項２の装置。
7. 【請求項７】 前記磁石（２８）は、ＡｌＮｉＣｏ磁石である請求項２の装置。
8. 【請求項８】 前記磁石（２８）は、前記流体通路（８８）の出口側端部にＮ極があるように
   配置されている請求項２の装置。
9. 【請求項９】 前記内部導管（５０）は、その周囲に誘電物質（７８）を有する金属電極（７
   ６）からなる請求項１の装置。
10. 【請求項１０】 前記誘電物質（７８）はＰＴＦＥである請求項９の装置。
11. 【請求項１１】 前記バッフル手段（８２）は、前記流体通路の第１端部に導入された流体が前
    記流体通路（８８）内で渦巻き形態に循環するように、前記流体通路内に配置さ
    れる請求項９の装置。
12. 【請求項１２】 前記外部導管（４８）と電気的な導通状態にある複数の電極針（８４）をさら
    に含み、前記電極針（８４）は前記内部同軸導管（５０）に向かって内側に延び
    る、請求項１１の装置。
13. 【請求項１３】 前記外部細長導管から前記内部同軸導管に向かって内側に延びる少なくとも１
    つの環状壁（８６）を含み、前記電極針（８４）は前記壁に設けられている、請
    求項１２の装置。
14. 【請求項１４】 前記バッフルは、４０〜８０ｍｍの距離で、前記内部同軸導管から離れている
    請求項１１の装置。
15. 【請求項１５】 前記電極は、３０〜５０ｍｍの距離で、前記内部同軸導管から離れている請求
    項１２の装置。
16. 【請求項１６】 前記バッフル手段（８２）は、渦巻き状に延伸するバッフルを備えており、前
    記バッフルは第１（２０６）と第２（２０８）の内側テーパ壁を有し、前記壁は
    互いに近づくように移行して先細縁（２１０）を成す、請求項９の装置。
17. 【請求項１７】 外部細長導管と内部同軸導管と前記外部細長導管と前記内部同軸導管との中間
    に置かれる流体通路とを有する装置を設ける工程と、前記外部細長導管と前記内
    部同軸導管とに直流電圧を印加して、前記流体通路内に静電場を形成する工程と
    、前記外部細長導管から前記内部同軸導管に延びる電極針であって、前記内部同
    軸導管と電気導通する前記電極針を設置する工程と、処理される流体を前記通路
    を介して送る工程とからな流体処理方法。
18. 【請求項１８】 前記流体通路を介して、前記流体の流れを制限する工程を更に含む請求項１７
    の方法。
19. 【請求項１９】 分極装置内の膜の寿命を延長する方法であって、流体は前記膜上を通過し、前
    記方法は、場を介して前記流体を通過させて前記流体の粒状物質上に正の電荷を
    形成する工程を含む、分極装置内の膜の寿命を延長する方法。