JPH02229531A

JPH02229531A - 液体混合物分離装置

Info

Publication number: JPH02229531A
Application number: JP1051436A
Authority: JP
Inventors: Migiwa Ando; 安藤　汀; Hideyasu Aoki; 青木　秀保; Takashi Kato; 隆史加藤; Yasuyuki Mizushima; 康之水嶋; Tsunetoshi Okura; 常利大蔵; Junichi Tokumoto; 徳本　淳一
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-12
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530220B2

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〕本発明は食品・医薬品工業，化学工業，環境保全事業，
宇宙開発事業などに利用できる流体移送装置．特に流体
を選択的に移送でき，又濾過もなし得る装置に関する。

〔従来技術及び課題〕

従来，流体移送装置としてはいわゆるポンプ例えばエネ
ルギの変換方法によって遠心ポンプ，軸流（斜流）ボン
ブ，往復ボンブ，特殊ボンブ（例えば気泡ボンブ）が一
般的である。しかし，この種の流体移送装置は，いずれ
も騒音が発生し易＜，シかも構造が複雑であり，小型化
が困難であった。又，流体を選択的に移送することは不
可能である。

又．建築物，車両等の壁面，窓における結露を除去する
場合．従来は手で拭き取っており，面倒であった。

更に，″化学工学協会　岐阜大会（昭和６３年７月１４
．　１５日）　ｊ＃演’Ｊ　１４０　〜１４１頁”　ニ
ハｒ？Ｉ［ｌ：よる活性汚泥の脱水」なる表題の論文が
発表されている。それには．アクリル製の円筒型セル，
陽極として円筒の中心に位置するステンレス棒，及び陰
極として円筒の内側に取付けられたステンレス板からな
る装置を用い．活性汚泥を脱水する技術が開示されてい
る。しかし，この装置においては汚泥を陽極に凝集させ
てその含水率を低下させるにすぎない。従って，実質的
には移送，濾過機能を有さず，汚泥から清浄液を得るこ
とは困難であった。

〔課題の解決手段〕

本発明は上述の課題を下記手段によって解決する。

移送すべき流体を収容する内部空間を有し，その外部へ
流体を通過し得る多孔質セラミック体，セラミック体の
両面に備えられ，所定の電位差を生ずる多孔質の第１，
第２ｆｊ！Ｌ極，及びセラミック体の内部空間又は外部
において，前記第１又は第２電極との間に所定の電位差
を生ずる第３電極，を有し，セラミック体が，第１，第２電極に直流電圧を印加した
とき，移送すべき流体との間にゼータ（ζ）電位を生ず
る物質から成る，ことを特徴とする流体移送装置。

〔作用〕

第１図（本発明の一例）に基づいて説明する。

セラミックと流体とは，その界面において電気二重層が
形成され，固着相と流体内部との間に界面動電位（ゼー
タ［ζ］Ｎ位）を生じる場合がある。そのため，多孔質
セラミック体１の多孔内に流体を存在させ，その両面に
備えられた第１．第２電極２，３に直流電圧を印加して
電位差を生じさせると，流体が電気浸透現象を生じる。

従って，セラミック体１の一側に流体が存在する場合，
それは多孔質セラミック体１及び多孔質の第１，第２電
極２，３を通過して，他側に移送される（波状矢印）。

ここで，移送流体が水ないしは水溶液の場合，正極又は
負極のいずれの方向に電気浸透するかは，　ｐＨ等によ
って左右される。例えば，セラミック体として酸化物材
料を使用したときには，多《の場合，中性水は負極へ向
けて浸透，移送される。

又，セラミック体１の特性に応じて流体のうち特定のも
のだけを選択的に移送でき，しかも移送される流体がセ
ラミック体を通過するとき，濾過もなされる。

又，流体が懸濁岐である場合，通常その懸濁粒子は正又
は負に帯電している。そのため，第１又は第２電極２，
３と第３電極４との間に電位差を生じさせると，懸濁荷
電粒子が静電気力により一方の電極側へ移動する。従っ
て，例えば懸濁粒子が負に帯電している場合，第３電極
４が正極となるように直流電圧を印加すると，懸濁粒子
を第３電極４側へ移動できる（微小矢印）。よって，多
孔質セラミック体１及び多孔質の第１，第２Ｔｉ極２，
３が懸濁粒子によって目詰りすることを抑制できる。

〔好適な実施態様及び作用〕

本発明の流体移送袋置において，セラミック体と移送す
べき流体との間に生ずるゼータ電位の絶対値は５　ｍＶ
以上であることが好ましい。５ｄ未満において実質上移
送作用を発揮するには過大な電圧を印加する必要があり
，実用的でない。

本発明装置によって移送，特に選択移送される流体とし
ては，誘電率（ε）が２０以上の極性流体，例えば，水
（ＳＯ），メチルアルコール（３３），エチルアルコー
ル（２５）等がある。一方，非極性であり，イオンが解
離しにくいガソリン（１０），灯油（８）等は生ずるゼ
ータ電位の絶対値が小さく．移送しにくい。

又，本発明装置は懸濁液．特に（正負）荷電懸濁粒子を
分散してなるもの，例えば牛乳，研磨砥粒岐等に対して
有効である。

セラミック体は結晶質又は非品質（ガラス質）のいずれ
であってもよく，結晶化ガラスでもよい。セラミック体
であるので高温液に適用でき熱安定性等の耐久性に優れ
る。セラミックは，流体からイオンを吸着し易く，セラ
ミック自身が解離して電位を生じ易く，かつ，接触流体
との誘電率の差が大きい程，帯電し易い。そのため，水
，アルコールを移送させる場合，そのセラミック体とし
て誘電率１５以下，又は　１５０以上のものを使用する
とよい。又，実際のセラミック体の帯電は流体イオンの
吸着，セラミック自身の？ｉｉｌｌの２つが支配的であ
り，窒化物，炭化物などの材料では，これが不充分で，
あまり大きな帯電が得られない。そのため．酸化物セラ
ミ−／クは，窒化物，炭化物等のセラミックスに比して
好ましい。従９て，結晶質セラミック体としては，酸化
物例えばアルミナＣＡ１２０３）．　　ジルコニア（Ｚ
ｒＯ■），マグネシア（ＭｇＯ），複酸化物例えばペロ
ブス力イト（ＡＢＯ３）．チタン酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＴｉＯ３），チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ　　）．
ムライト（３Ａｊ！２０３２　Ｓ　ｉＯ　２　）スビネ
ル，珪酸塩，ジルコンなどが挙げられる。ガラス質セラ
ミック体としては石英ガラス，クリストバライトガラス
，硼珪酸ガラスなどが挙げられる。結晶化ガラスとして
はβ−スボジュメン，コージライトが挙げられる。

多孔質セラミック体は，その気孔率及び気孔径を目的（
例えば選択移送，濾過）に応じて適宜調節するとよい。

例えば，油水分離の場合，気孔率は３０〜ＢＯ％，気孔
径は０．１−ｔｏ−にするとよい。開気孔状態で存在さ
せる。「多孔質」とはセラミック繊維によって構成され
る状態をも包含するものとする。流体の移送方向に係る
セラミック体の厚さは，例えば５〜３ｈａにするとよい
。

多孔質セラミック体の両面には，所定の電位差を生じる
第１，第２電極が備えられる。既述のように，従来技術
では単に汚泥を正極に凝集させるにすぎないので，汚泥
液は依然として円筒型セル内に停滞し，清浄液を得る移
送・濾過機能を発揮し得ないものであった。しかし，本
発明では第１，第２電極間に所定の電位差を生ずるよう
に電圧を印加することにより，セラミック体との間でζ
電位を生ずる流体のみを電気浸透によって選択的に他側
へ移送できると共に，多孔質セラミック体によって濾過
もなされるので，その清浄液を得ることができる。第１
，第２電極はセラミック体の両面に直接結合するとよい
。移送効率を高く維持すると共に，装置全体を小型化で
きる。第１，第２１ｓ極は，導電材料を印刷，メッキ，
スパッタリング，蒸着等により被着することにより，又
別途網目状に成形された電極（例えばステンレス）によ
ってセラミック体を挾持することにより，セラミック体
の両面に備えるとよい。導電材料としては，Ｑ金属，高
融点金属など通常のものを使用できるが，酸化錫（　Ｓ
　ｎ　Ｏ　２　）　．酸化ビスマス（Ｂｉ　　Ｏ　　）
，酸化チタン（　Ｔ　ｉＯ　２　）等が特に好ましい。

これら酸化物は耐食性に優れる。

電極の多孔度については，移送方向の断面において，全
面積に対して４０〜７０％程度電極材料が存在するとよ
い。

又．多孔質セラミック体には，その内部空間又は外部に
，前記第１又は第２電極との間に所定の電位差を生じる
第３電極が備えられる。前記第１，第２電極（及びセラ
ミック体）によって流体の選択移送及び濾過が可能とな
る。しかし，単に第１，第２電極のみをもって構成した
場合には，移送すべき流体が懸濁岐であるとき，長時間
使用すると懸濁粒子によって多孔質セラミック体（及び
第１，第２電極）が目詰りを起こし，その機能を発揮し
得ないおそれがある。そこで，別途更に第３電極を備え
，該第３電極と第１又は第２電極との間にも電位差を生
ぜしめることにより，荷電懸濁粒子を第３電極側へ移動
して，上記目詰り発生を抑制でき，もって選択移送・濾
過作用を長時間安定に発揮させることができる。第３電
極はセラミック体の内部空間に備えるとよい。使用時に
おいて，この第３電極と第１又は第２電極とが懸濁液に
接触し，静電気力による引付けと共に電気泳動によって
，反対荷電粒子（懸濁粒子）を第１，第２電極の存在部
位，即ちセラミック体の流体通過部位から離反する方向
に移動させることができ．効率が良い。第３電極材料に
ついても，前記第１．第２電極材料と同様のものを使用
できる。尚，多孔質である必要はない。

本発明の流体移送装置は，水だけを選択的に移送する水
ボンブ，油水分離ポンプ等として，又懸濁液の濾過装置
として，広範囲の分野において適用できる。例えば，化
学・医薬品分野の他，建築物，車両の壁面，窓における
結露を除去する環境衛生分野，更には宇宙ステーシジン
内において太陽電池を利用して排せつ物から飲料水を確
保する宇宙開発分野などに好適である。

〔実施例〕

以下，本発明の実施例について，無機粒子懸濁液の濾過
を例にとって説明する。

（１）多孔質セラミック管（体）の作成●アルミナ　　
　　　　　　　　　　　５００ｇ（純度９９．９％，平
均粒径２μｌ，市販品）・ポリカルボン酸アンモニウム
　　　２．５ｇ（分散剤） φ水　　　　　　　　　　　　　３００ｇ以上を，１２
關φのアルミナ球石１ｋｇと共に，内容積２でのボール
ミルに入れ，　８４ｒｐｍで４８時間混合分散した。こ
うして得られた泥災を石膏型に流し込み，サイズＩ２φ
Ｘ１６φｘ　　ＧＯＯｆの管を成形した。次にこれを，
大気雰囲気中．６００℃で３時間焼成し多孔質セラミッ
ク管とした。

この管の特性等を以下に示す。

・気　孔　率：４０％・平均気孔径＝０．５μｍ ●サ　イ　ズ：　　１０．９φＸ　１４．５φｘ　５４
５Ｊ（２）電極膜（第１，第２電極）の形成多孔質セラ
ミック管を，酸化錫のゾル（市販品）に浸漬し，内，外
周面全域に塗布した後，自然乾燥し，さらに大気雰囲気
中５８０℃にて１時間焼付け処理を行ない厚さ約１０μ
ｌの酸化錫電極膜を形成した。次に研削砥石で，管の一
端近傍の周縁に，直径５一層の懸濁液流入孔を開口させ
た。

（３）モジュールの組み立て電極膜の形成された多孔質セラミック管を用いて，第２
図に示すような流体移送装置を製作した。

同図において，１は多孔質セラミック管，ｌａは懸濁液
流入孔，２，３は夫々リードに接続された多孔質の外面
電極（′！ｔ５１電極），内面電極（第２電極），４は
セラミック管１の軸心において延びる第３電極，５は第
３′＠極の支持板．６，７はセラミック管の両端を保持
する一対の保持管，８は懸濁岐流入孔１ａと未処理懸濁
液＄ＩＩ１０とを接続する流入側接続管，９は該管８に
取付けられたチューブポンプ，　１１は保持管７と処理
済懸濁液槽【２とを接続する流出側接続管，１３はセラ
ミック管１等の周囲を画成する外管，１３ａは気体導入
部，１３ｂは濾過岐の流出部，そして１４は濾過液槽で
ある。

（４）懸ａ液の調製争アルミナ　　　　　　　　　　　　　５ｋｇ（平均粒
径０．５μｍ．純度９９．９％，市販品）・分散剤　　
　　　　　　　　　　　１００ｇ（カルボキシメチルセ
ルローズナトリウム塩，市販品）・水　　　　　　　　　　　　　１０ｋｇ以上を，内容
８２２Ｏｆ！のボールミルへ１５φのアルミナ球石１０
ｋｇと共に入れ，　３０ｒｐｍで４８時間混合分散し，
懸濁液となした。この懸濁液のアルミナ粒子の帯電は，
ゼータ電位で−３　８　ｍＶであった。

（５）濾過試験チューブボンブ９にて，毎秒３　ａｌｌ　／　ｓｅｅの
流量で懸濁液をモジュール（多孔質セラミック管）内に
供給しながら，外面電極２と内面電極３との間に外面電
極２が正極となる様に電圧Ｅ１を印加すると共に内面電
極３と第３電極４との間に第３’Ｆｌ！極４が正極とな
る様に電圧Ｅ２を印加し，多孔質セラミック管１の透水
量を測定した。その結果を第３，４図に示す。

第３．４図から明らかなように，処理開始当初において
゜は，電圧Ｅ　により，電圧Ｅ２の゛レベルに拘わらず
，高い透水量を示す。そして，この透水量は電圧Ｅ１を
高くすれば増加する。しかし処理時間の経過につれて，
電圧Ｅ２が影響を及ぼし，電圧を印加しない（Ｅ２−０
）場合，短時間で透水量が大きく低下してしまう。これ
に対して，Ｅ２のレベルを上げるに従って，長時間の使
用においても高い透水量を維持できる。しがち，Ｅ１の
レベルに拘らず，この高透水量の維持が可能である。こ
れは，電圧Ｅ２の印加によって，懸濁粒子による多孔質
セラミック管への目詰りが抑制されるためと推定される
。

又．セラミック体として前記例と同様のアルミナを用い
て，液体分離できる例を表に示す。上側に記載した液体
を選択的に移送できる。

尚，ゼータ電位は次式： ΔＰ■２１／πｒ　・εＥζ （式中，ΔＰは静水圧差２　ｊ２はセラミックス多孔体
の細孔の長さ，『はその細孔の半径，εは流体の誘電率
，Ｅは電界の強さ．ζはゼータ電位を表わす）により求
めた。

［他の実施例］（１）本装置は，内面電極３と第３電極４のみに電圧を
印加して，通常の加圧濾過（クロスフロー濾過）に用い
ることも可能であり，この場合も目詰り抑制効果は大き
い。

又，単に水ポンプ，油水分離用として利用する場合には
，内外面電極２，３のみに電圧を印加して，水．乳濁液
等の移送（選択移送）に供してもよい。

（２）第３電極４はセラミック体１の内部空間でなく，
セラミック体１の外部に備えてもよい。これによっても
，静電気力による引付けによって荷電懸濁粒子を第３電
極側へ移動させて，セラミック体１（及び電極２．３）
の目詰り発生を抑制できる。

（３）セラミック体１の形状は，移送装置（特に選択移
送，濾過作用）を発揮し得る限り，角筒状，方形状等で
あってもよい。

又，セラミック体１の一部の側面のみを利用して外部へ
流体を通過させてもよい。この場合，該当部以外は非多
孔質であってもよく，又移送流体との間にゼータ電位を
生じない物質を使用することも許容される。これに対応
して，第１，第２電極２，３も一部の側面にのみ備え，
第３電極４を他部の側面に備えるようにしてもよい。

（４）モジュールを複数とし，直列又は並列に接続して
一括作動させてもよい。移送ないしは濾過能力を高め得
る。

（５）第３電極４は，第２電極３と接触しない限り．セ
ラミック体１に接触してもよい。但し，流体との間にゼ
ータ電位を生ずるセラミック体１の一部にＴｓ２電極３
が形成され，その他部に第３電極４が接触することは．
場合により可能である。

（６）その他，本発明の要旨を変更しない限り．更に種
々の他の実施例を包含する。

［発明の効果］以上の如く本発明によれば，移送に際して．同時に濾過
作用を行ない得るため洗浄化等に寄与でき，しかも懸濁
液の濾過にあっても，長時間に亘り高い濾過作用を安定
に維持できる。

又，電気的エネルギーを利用した流体移送装置であるの
で，騒音が無く，シかも極めて簡品な構造として構成し
得る。

又，大幅に小型化でき，電源さえあれば作動できるので
，適用範囲が広く，携帯用としても利用できるし，化膿
液など体液の排出，補給などにも利用できる。

更に，ボンブ作用，としての流体移送だけでなく，選択
的な移送が可能となるので，例えば油水分離などの液体
分離に有効である。しかも，その油水分離において，水
のみが汲上げられ，その時点で汲上げ作動は自動的に停
止するので，極めて安全性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するための主要部断面図，第２図は本発明の一実施例（モジュール）を示す断面図
，そして第３．４図は上記実施例の結果としての経過時間と透水
量との関係を示すグラフであって，第３図はＥｌ−２５
Ｖｌ：ｌ：係るもの，第４図はＥ，−５０Ｖに係るもの
，を夫々表わす。１・・・セラミック体２，・・・第１，第２電極４・・・第３電極

Claims

【特許請求の範囲】移送すべき流体を収容する内部空間を有し、その外部へ
流体を通過し得る多孔質セラミック体、セラミック体の
両面に備えられ、所定の電位差を生ずる多孔質の第１、
第２電極、及びセラミック体の内部空間又は外部において、前記第１又
は第２電極との間に所定の電位差を生ずる第３電極、を
有し、セラミック体が、第１、第２電極に直流電圧を印加した
とき、移送すべき流体との間にゼータ（ζ）電位を生ず
る物質から成る、ことを特徴とする流体移送装置。