JP5272163B2 - 汚染排出物質を捕捉するフィルタ及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体内の汚染物質を濾過する新しいシステムに関し、特に煙浄化及び／又は水処理設備において使用するために設計されたものに関する。

本発明は、流体浄化及び物質分離法の分野に含まれる。

市場には流体内の汚染物質を分離する方法及びシステムが数多くあるが、本明細書に記載されている方法及びシステムのようなものはない。

これらの方法は、分留、濾過、デカンテーション、遠心分離、クロマトグラフィ、電気分解等のように物理的なものであっても、あるいは化学的なものであってもよい。化学的方法のほとんどは初期混合物に新しい物質を添加することに基づくものである。このことにより前記物質の物理的性質を変更する化学結合を作り出し、これらはその後に物理的手段を適用することにより分離される。これらの方法の全ては広く文献化されており、業界において日常的に使用されている。

流体内にある金属粒子が分離されるという特定の場合に関する発明がある。このような場合には、流体内に磁石が沈められ、これらの粒子が集められる（国際公開第２００５／０１４４８６号、国際公開第０３／０７８０６９号、国際公開第２００２／０９４３５１号、国際公開第０２／０９４４４６号、国際公開第０２／０９４３５１号、国際公開第０２／０８１０９２号、国際公開第０２／２０１２５号、国際公開第０１／７８８６３号、国際公開第９８／１６３２０号、国際公開第９７／０４８７３号、米国特許第６８４６４１１号、米国特許第６８３５３０８号、米国特許第６８３３０６９号、米国特許第６７０６１７８号、米国特許第６６４９０５４号、米国特許第６６３８４２５号、米国特許第６４６１５０４号、米国特許第６２７７２７６号、米国特許第６２１０５７２号、米国特許第５８１７２３３号、米国特許第４４８８９６２号、米国特許第５６４７９９３号、米国特許第５４６８３８１号、米国特許第５４３９５８６号、米国特許第５２４２５８７号、米国特許第５０１２３６５号、米国特許第５００９７７９号、米国特許第４８９４１５３号、米国特許第４７２２７８８号、米国特許第４５９４２１５号、米国特許第４４６８３２１号、米国特許第４４４６０１９号、米国特許第４３９４２６４号、米国特許第４３７７８３０号、米国特許第４３６３７２９号、米国特許第４２５１３７２号、米国特許第Ｔ９９７００２号、米国特許第４２０９４０３号、米国特許第４２０６０００号、米国特許第４１５４６８２号、米国特許第４０８２６５６号、米国特許第４０５４９３１号、米国特許第４０３１０１１号、米国特許第４０２６８０５号、米国特許第３９７９２８８号、スペイン特許第２０８５８２４号、スペイン特許第２０１５８２５号、スペイン特許第８７０００６９号、スペイン特許第８２０６２０２号、スペイン特許第０４６７６１６号、スペイン特許第０３３２６８４号、スペイン特許第０２４６８１１号、スペイン特許第０１２３４８０号）。

前のものに似ている、潤滑剤の処理に適用されるシステムもまた述べられている（国際公開第９７／２６９７７号、国際公開第９７／０９２７５号、米国特許第６７２９４４２号、米国特許第６５５４９９９号、米国特許第６５２４４７６号、米国特許第６５０３３９３号、米国特許第６４１３４２１号、米国特許第６３３７０１２号、米国特許第６２０７０５０号、米国特許第６１６２３５７号、米国特許第６１３９７３７号、米国特許第５９３２１０８号、米国特許第５７０２５９８号、米国特許第５４２３９８３号、米国特許第５０７８８７１、米国特許第４８２６５９２号、米国特許第４７６３０９２号、米国特許第５３８９２５２号、米国特許第５３５４４６２号、米国特許第４７０５６２６号、米国特許第４６１３４３５号、米国特許第４４５００７５号、米国特許第４２９３４１０号、米国特許第４１７６０６５号、米国特許第６５５１５０６号、米国特許第６４４４１２３号、米国特許第５５７１４１１号、スペイン特許第０２７４２７６号、スペイン特許第０３１４３５１号）。

ガス流体内の金属を分離する際にこれらの磁気分離システムを適用する方法もある（米国特許第６８９７７１８号、米国特許第６７５０７２３号、米国特許第６５９４１５７号）。また他の場合として、金属物質を他の物質と反応させてそれらに磁性を与え、これらの磁気フィルタによって分離されることができる（米国特許第５１２２２６９号）。

磁気フィルタは、イオン化された粒子、電子その他の電荷をもつどんなタイプの粒子の分離にも使用することができる（米国特許第６５５９４４５号、米国特許第６４４１３７８号、米国特許第６０９４０１２号、米国特許第６０１６０３６号）。

他のタイプのフィルタは、一様でない電場及び磁場の相互作用を使用する。ここは、中性粒子の磁気及び／又は電気双極子モーメントを伴った強い磁場勾配がある。この工程により粒子はそれらの元の経路から偏向される（米国特許第６２５１２８２号）。

捕捉する物質のエネルギー遷移と共振する外部（電気及び／又は磁気）力場を印加することに基づくフィルタシステム及び／又は方法は、現在まで述べられたことはない。

本発明は、濾過する分子のエネルギー遷移と共振しかつ互いに垂直である電場及び／又は磁場をいくつか印加することによって、流体内に存在する汚染物質の濾過を可能にするシステムに関する。

以下に述べるシステムは、電場と磁場とを区別なく使用することによって適用することができる。本文の起草を簡略化するために、以下では電場について言及するが、場に関連するあらゆる事項が磁場の使用に対しても適用できることは言うまでもない。

二つの金属元素（銅シート、又は一様な電場の発生が可能である類似の元素のいずれか）間に電位差を与えることによって、一様な電場を発生させることがまず必要である。簡略化のため、一様な場は以下ではＵ．Ｆ．と呼ばれる。濾過する物質が抽出される流体は前記Ｕ．Ｆ．を横切らねばならず、いったんその中に入ると、前の場に垂直である新しいかつ振動する場（Ｏ．Ｆ．と呼ばれる）が印加されなければならず、濾過する分子においてＯ．Ｆ．の振動周波数は、Ｕ．Ｆ．により生じるエネルギー準位の分離と共振するようになっている。

外部場の下にあるいかなる分子も、（それが電場の下にあるときは）シュタルク効果、又は、（それが磁場の下にあるときは）ゼーマン効果、と呼ばれる効果を生じることが知られている。このゼーマン効果又はシュタルク効果は、分子の（電子、振動又は回転の）エネルギー準位の分裂を生じさせる。異なるエネルギー準位間の遷移が確立される。すなわち、それらの間で変化を生じる準位の分離と等価なエネルギー放射が与えられたときに、分子はあるエネルギー準位から別のエネルギー準位に変化する。このプロセスは共振として知られている。

前述の条件において共振現象が生じるときに、共振を生じる分子がフィルタを通る経路を覆っていると考えれば、元の経路からの偏向が生じ、分子はＵ．Ｆ．及びＯ．Ｆ．の強度を変更することにより制御可能である新しい経路を辿る。

効果の適用領域内に保持される流体から分子を除去する最適条件は計算できる。高濃度に達する十分な分子が捕捉されたら、吸引システムを使用することによりそれらの抽出が可能となる。

本システムの適用は濾過工程の収率を改善する目的のため、所望の回数繰り返すことができる。

一つのかつ同じ流体内の異なる化合物を捕捉したい場合、直列に配置された数台の濾過装置を使用することができ、これらのそれぞれが捕捉する分子と共振する。

本発明は以下の例により例示されるが、これは決してその範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は専ら特許請求の範囲により定められる。

捕捉する分子と共振する場を印加することによる流体の濾過
図１に描かれるような実験アセンブリを考える。このアセンブリは一様な縮尺を行っていない。システムは中空円筒の形状を有する支持体（Ｓ）により形成されており、円筒形を有する金属面（Ｅ２）を支持している。支持体（Ｓ）からロッド（電流を遮断する材料で出来ている）が円筒の内部に向かって貫通しており、このロッドは互いに電気絶縁されている（Ｅ１）、（Ｅ３）と呼ばれる二つの他の金属円筒を支持する。

Ｅ１とＥ３は同電位にある。Ｅ２と、Ｅ１とＥ３で構成される領域との間に、一様な場Ｕ．Ｆ．を発生する電位差が印加され、その場の力線はＥ１とＥ３から出発してＥ２に到達する。それと同時に、Ｅ１とＥ３の間に電位差が与えられ、それにより、これら二つの素子はアンテナとして振る舞い、Ｕ．Ｆ．に垂直な振動場Ｏ．Ｆ．を放射する。

Ｏ．Ｆ．の振動周波数を、濾過する分子内にＵ．Ｆ．により生じた遷移と共振状態にあるよう維持しながら、前記分子をＥ１とＥ３間の間隔に近い領域内に閉じ込めることができる。システムを作動状態に維持することにより、共振を受けたこれらの分子の濃度がＥ１とＥ３の間の領域において増加する。（Ｓ）の周りに位置し（Ｖ）と呼ばれる吸引弁が周期的に開かれる。前記弁の出口は、捕捉された物質が蓄積されるタンクにつながっている。

実際の例が図２に示されており、この場合、フィルタは水素とヘリウムの混合物から水素分子を分離することに適用されている。共振を受けて回転状態にある分子がどれほど正確に分離されるかが分かる。

電気力場が使用される場合の実験システムの模式図を示し、ボックス（Ａ）は正面または側面図を示し、ボックス（Ｐ）は平面又は上面図を示す。以下の略語が使用される。Ｓ：中空円筒支持体。Ｅ２：電流を伝える材料で出来た中空円筒。Ｅ１、Ｅ３：電流を伝える材料で出来た円筒であり、電流を伝えない小さいストリップ状材料により互いに分離されている。Ｖ：外部真空系（図には含まれない）に接続された脈動可能な弁であり、開放時に（Ｓ）の内部に捕捉された物質を吸引する。 水素分子が水素とヘリウムの混合物から分離されるスペクトルを示す。縦軸はフィルタを横切る水素分子の濃度に比例する信号強度を示す。横軸は振動場の周波数を示す。１００ガウスの一様な場に対し、フィルタから出てくる水素が共振を受けた状態でいかに１００％減少するかが分かる。

Claims (9)

1. 流体に含まれる物質の分子を濾過する方法であって、
   濾過する分子のエネルギー準位の分離を生じさせるために、第１の外部力場を前記流体に印加するステップと、
   同時に、濾過する分子のエネルギー準位の分離と共振する第２の外部力場を前記流体に印加するステップと、を含み、これにより前記濾過する分子が元の経路から偏向して、前記第１の外部力場および前記第２の外部力場を変更することにより制御される新しい経路を辿り、
   中空円筒支持体（Ｓ）と、前記中空円筒支持体（Ｓ）の内壁上に導電性材料で作られた中空円筒（Ｅ２）と、電気絶縁性材料により作られたロッドと、を備えるフィルタシステムで適用され、
   前記ロッドは、内壁から前記円筒の内側へと径方向に貫通しており、前記中空円筒支持体（Ｓ）および前記中空円筒（Ｅ２）と同心であって互いに対して電気的に絶縁された２つの金属円筒（Ｅ１、Ｅ３）を支持しており、前記第１の外部力場を生じるポテンシャルの差が前記中空円筒（Ｅ２）と前記２つの金属円筒（Ｅ１、Ｅ３）との間に印加され、前記第３の外部力場を生じる振動するポテンシャルの差が前記２つの金属円筒（Ｅ１、Ｅ３）間に印加され、これにより前記２つの金属円筒（Ｅ１、Ｅ３）間の間隔に近い領域内に、濾過する分子が捕捉されることを特徴とする方法。
2. 前記第１の外部力場は一様な電場により生じ、
   前記第２の外部力場は振動する電場により生じることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１の外部力場は、前記円筒支持体（Ｓ）に沿って軸勾配を有する一様でない電場により生じ、
   前記第２の外部力場は振動する電場により生じ、
   異なる共振振動数に固定することにより、異なる物質が共振して捕捉されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第１の外部力場は一様な磁場により生じ、
   前記第２の外部力場は振動する磁場により生じることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記第１の外部力場および前記第２の外部力場が互いに垂直であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 流体を形成する種々の物質を分離するために使用可能である流体フィルタシステムにおいて、一つのかつ同じ物質に又はいくつかの物質に適用される方法を、少なくとも一度、同時又は逐次にｎ回繰り返すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
7. フィルタに捕捉された物質を吸引システムによって除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記吸引システムが、複数の脈動する弁を備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の方法を用いて物質中の分子を濾過するためのフィルタシステム。

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